【摘 要】
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奥氏体不锈钢因其综合性能优异,广泛应用于各行各业中。本文以奥氏体304不锈钢为研究对象,通过控制不同轧制下压量获得单一尺度不同晶粒尺寸的304不锈钢试件以及微/纳结构不锈钢试件,微/纳结构不锈钢通过“铝热反应法”制备。对轧制后的两种结构进行微观形貌分析,揭示其内部组织与塑性变形之间的联系。通过拉伸试验,探究两种结构不锈钢力学性能之间的差异。并对微/纳结构304奥氏体不锈钢进行原位观察下的静力拉伸试
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奥氏体不锈钢因其综合性能优异,广泛应用于各行各业中。本文以奥氏体304不锈钢为研究对象,通过控制不同轧制下压量获得单一尺度不同晶粒尺寸的304不锈钢试件以及微/纳结构不锈钢试件,微/纳结构不锈钢通过“铝热反应法”制备。对轧制后的两种结构进行微观形貌分析,揭示其内部组织与塑性变形之间的联系。通过拉伸试验,探究两种结构不锈钢力学性能之间的差异。并对微/纳结构304奥氏体不锈钢进行原位观察下的静力拉伸试验,研究其微观本征变形机理。基于微/纳结构的微观塑性变形机制与宏观形变关系,建立一种新的本构模型表征其内在变化规律。主要研究内容总结如下:（1）通过电镜观察奥氏体304不锈钢轧制后的的微观组织形貌。对于单一尺度不锈钢试件:轧制变形量越大晶界面积越大,材料变形以位错滑移为主导,同时伴有形变孪晶产生。对微/纳结构304不锈钢试件:呈现出微米晶+纳米晶两相结合形式,且为分区排布。（2）通过力学拉伸试验,对单一尺度304不锈钢进行力学性能分析。结果表明:晶粒细化程度越高,试件的强度越高,塑性越低。相较于单一尺度试件,纳米晶+微米晶组合的304不锈钢试件拥有更高的强度及更好的塑性。对两种结构的不锈钢试件进行屈服强度分析,基于单一尺度试件Hall-Petch关系得到微/纳结构试件的Hall-Petch关系。在晶粒尺寸33nm-20μm的范围内,此关系具有普遍适用性。（3）在微/纳结构不锈钢试件工程应力应变曲线中发现试件的二次屈服现象,其力学曲线弹性阶段表现出两种不同的斜率。在微/纳结构不锈钢原位拉伸试验中观察到,微米晶和纳米晶的晶界面更容易产生微裂纹。微米晶产生的塑性变形可以削弱裂纹附近的局部应力集中,延缓裂纹的扩展。（4）以微/纳结构304奥氏体不锈钢为例,将Taylor强度理论与材料内部位错运动相联系。综合考虑热激活能量、平均自由程（mean free path）、晶粒尺寸分布对试件力学行为的影响,以此描述材料的塑性流动现象。构建材料基于连续介质法的力学曲线本构模型,通过与试验数据对比,该模型可以精确地模拟材料的本构行为。
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