奥氏体不锈钢具有良好的综合性能,在汽车、航空航天等高科技行业中有着非常广泛的应用。然而,奥氏体不锈钢是典型的难加工材料,如何提高其加工表面完整性一直是制造行业的重点和难点问题。表面残余应力是金属加工表面完整性的最关键参数,表面残余应力状态对零件的抗腐蚀性能和疲劳寿命有较大影响。因此,有必要对奥氏体不锈钢的切削加工过程以及加工表面残余应力的形成机制进行深入研究。在高应变率的切削加工条件下,工件表面层下方残余应力形成的物理机制包括由塑性变形、马氏体相变引起的位错周围应力场的积累,以及与机械能耗散有关的热膨胀和收缩现象。金属切削加工过程中作用在工件表面的热机械载荷决定了加工后的应力状态,然而,对金属切削过程中残余应力形成的热力学基础至今仍缺乏定量的认识,这就导致在考虑残余应力的切削加工工艺设计中,仍以经验迭代的设计方法为主。本文以304亚稳奥氏体不锈钢为研究对象,使用有限元软件ABAQUS及其子程序VUMAT进行二次开发,建立了考虑马氏体相变以及相变塑性的二维切削有限元模型,分析切削力、切削温度以及马氏体相变在不同加工条件下的变化规律,研究基于热力学能量转换的残余应力形成过程。本文将切削加工表面残余应力状态与加工过程中热能和机械能的输入联系起来,描述了表面残余应力状态与能量转换之间的对应关系。本工作的研究成果为切削加工参数选择和优化提供了理论依据,也可以用于描述其他加工工艺中零件残余应力的形成过程。