本文以传统高碳高锰奥氏体钢Mn12和N+Cr合金化高碳高锰奥氏体钢Mn12CrN为研究对象,对比分析了两种高碳高锰奥氏体钢在不同应变速率下的单向拉伸变形行为、不同总应变幅下的循环变形行为以及不同载荷下的磨损行为,总结了N+Cr合金化对高碳高锰奥氏体钢组织和力学性能的影响规律;对比分析了水韧处理状态和预硬化高碳高锰奥氏体钢在不同总应变幅下的循环变形行为,总结了预硬化处理对高碳高锰奥氏体钢循环变形行为的影响规律;利用爆炸变形和冷轧变形对传统高碳高锰奥氏体钢进行预硬化处理以获得相近的硬度级别,对比分析了爆炸变形和冷轧变形高碳高锰奥氏体钢的组织状态和拉伸性能,总结了不同变形方式对高碳高锰奥氏体钢组织和性能的影响规律。研究结果表明:在拉伸变形过程中,当拉伸应变速率相同时,Mn12CrN钢的强度和塑性都要优于Mn12钢。提高拉伸应变速率时,Mn12CrN钢的强塑性变化对拉伸速率的敏感性相对于Mn12钢小很多。晶粒细化和N+Cr合金化处理对动态应变时效行为和形变孪晶行为的影响是造成Mn12CrN钢强度和延伸率对拉伸应变速率不敏感性的主要原因。循环变形过程中,在较低总应变幅下,Mn12CrN钢经历了循环硬化、循环软化和循环稳定三个阶段,而在较高总应变幅下,经历了循环硬化和循环软化后便发生断裂失效。随着总应变幅的增大,Mn12CrN钢中位错滑移模式由平面滑移向波状滑移转变,并且在总应变幅为0.8%时,Mn12CrN钢中开始出现形变孪晶,而Mn12钢在各个总应变幅下均表现为波状滑移型位错。N+Cr合金化处理影响了钢中的位错组态和孪生行为,孪晶与位错的相互作用降低了局部应力集中,从而使Mn12CrN钢表现出不同的循环变形行为和更长的疲劳寿命。Mn12CrN钢在不同磨损载荷作用下的磨损性能和加工硬化特性不同于Mn12钢。在低磨损载荷作用下,Mn12CrN钢表现出非常普通的耐磨性,而在高磨损载荷作用下磨损性能优异。相应地,在低磨损载荷作用下,Mn12CrN钢磨损表面的硬度提升非常缓慢,而在高磨损载荷作用下,其磨损表面硬度迅速提高并接近饱和值。N+Cr合金化处理对Mn12CrN钢初始强度和孪生行为的影响是造成其耐磨性和加工硬化特性不同于Mn12钢的主要原因。经过冷变形40%硬化后,高碳高锰奥氏体钢(Mn12)的疲劳行为与水韧处理状态差异明显:在循环载荷作用下发生瞬时硬化后直接进入循环稳定阶段,几乎没有发生循环软化过程。在低的总应变幅下,预硬化高碳高锰奥氏体钢的疲劳寿命要高于水韧处理状态,而在高应变幅下,其疲劳寿命却低于水韧处理状态。这是因为,在低应变幅下,预硬化高碳高锰奥氏体钢中存在的形变孪晶可以促进孪晶内部位错的增殖和滑移,增加了高碳高锰奥氏体钢变形的均匀性,因而其疲劳寿命高于水韧处理状态高碳高锰奥氏体钢;在高应变幅下,位错的长程运动加剧,形变孪晶的存在阻碍了位错的运动,加剧了位错与孪晶的相互作用,位错塞积严重,最终导致其疲劳寿命降低。形变孪晶这两方面的作用最终使得预硬化高碳高锰奥氏体钢表现出完全不同的循环变形行为。在相近的硬度级别下,爆炸变形和冷轧变形高碳高锰奥氏体钢表现出完全不同的组织状态和拉伸性能特点。与冷轧变形高碳高锰奥氏体钢不同的是,爆炸变形高碳高锰奥氏体钢中大部分晶粒保持了等轴状形貌,应变集中主要分布在晶界附近,并且晶内的位错和孪晶分布都较为均匀。这种组织特点使爆炸变形高碳高锰奥氏体钢获得了较高的屈服强度,但是其抗拉强度和延伸率却低于冷轧变形高碳高锰奥氏体钢。