摘要
304奥氏体不锈钢因其良好的化学与机械性能而被广泛应用于航空、医疗、化工、汽车等领域。随着社会的发展，304奥氏体不锈钢机械强度较低的缺陷逐渐凸显。为解决这一问题，众多学者提出了通过使材料塑性变形进行晶粒细化强化机械强度的方法。本文通过控制轧制不同变形程度来获取不同晶粒尺寸的304奥氏体不锈钢试样，并对其分别进行室温拉伸和高周疲劳实验。通过三种电镜观察晶粒细化对材料的微观形貌影响，揭示不同晶粒尺寸样品断裂机制的变化，并构建基于位错密度演变的真实应力应变曲线本构模型。通过对样品静态拉伸性能与疲劳性能的定量分析，将材料的静态拉伸性能扩展至真实应力应变曲线，提出一种基于真实应力应变曲线的疲劳强度预测模型。 本文主要研究内容及其相关成果如下： (1)通过对三种试样晶粒尺寸、韧窝尺寸、位错结构的测量观察，发现原始样品、轧制30%样品、轧制70%样品的晶粒尺寸分别为24μm、4μm、2μm，轧制变形细化晶粒的效果随变形量的增加逐渐降低，其韧窝尺寸分别为1.8μm、0.6μm和0.2μm，断裂机制由韧性断裂向非完全脆性断裂转变。位错结构由位错胞依次向位错墙、位错壁转变，使得晶界由等轴晶体向扁平晶体转变。 (2)对三种不同晶粒尺寸试样的拉伸性能与疲劳性能进行定量分析，分别对晶粒尺寸与屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、强塑积、屈强比进行拟合分析，最终得出结论：轧制变形所造成的晶粒细化使得304奥氏体不锈钢在损失了部分韧性的情况下，拉伸性能与疲劳性能均有所增强。 (3)基于位错密度演化与金属材料应变硬化率之间的关系，将位错演变过程划分为三个阶段：位错成核、位错增殖、位错湮灭。基于各个阶段的特性，构建了一种基于位错密度演化的应力应变本构模型，并对该模型进行了验证，分析模型各参数对整个应力应变过程的影响效果。 (4)将金属材料的静态拉伸性能类比推理至真实应力应变曲线，通过真实应力应变曲线中的静态拉伸性能预测的材料的疲劳强度。该模型与阶梯法、Basquin预测疲劳强度相对比，在不降低预测精度的情况下，节省了疲劳实验成本，且适用于多种材料。
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