题目：含氮奥氏体不锈钢在多种载荷模式下的循环变形行为研究

        含氮奥氏体不锈钢同时兼有良好的力学性能和耐蚀性，被广泛用于核电、化工、医疗等行业；非比例载荷，作为工程结构在实际工况中承载的最普遍方式，得到了越来越多的关注。本文以第三代核电技术AP1000的主管道用钢316LN为例，通过单轴、非比例载荷下的应变控制疲劳实验、透射电镜（TEM）观察和基于滞后回线分析的流变应力分解，对316LN在不同载荷条件下的循环变形行为及其机理进行了研究。

        316LN的循环应力响应与加载应变幅、载荷路径有着明显的相关性。低应变幅下，材料呈现连续缓慢的循环软化，随着应变幅增大会出现较为明显的初期循环硬化，然后再软化，直至稳定状态；同时应变幅的增加会促进单轴载荷下的初期硬化行为。非比例载荷则会显著提高316LN的循环硬化，并且随着载荷非比例度的增加，这个促进硬化的效果愈发明显。此外，非比例载荷下会显著降低试样的疲劳寿命，且不同载荷路径下的寿命随着硬化程度增加而降低。在循环变形过程中，滞后回线形状也会发生连续的变化，主要体现在塑性段的斜率变化。即使对于一些应力幅值相同的循环周次，它们的滞后回线塑性段形状也不尽相同。这说明，316LN的循环硬/软化主要是因为变形过程中塑性模量发生了变化，导致金属在流变过程中所受的抗力增加/减小。

        通过不同载荷条件下的TEM观察发现，316LN的位错结构随应变幅、循环周次、加载路径而变化。对于单轴载荷，在低应变幅下的整个循环过程中，位错都是以平面滑移为主，交滑移受到了较大程度的抑制。这和316LN较低的层错能和晶体中的短程有序结构（SRO）相关。在中、高应变幅下，微观结构则出现了一个明显的转变：循环初期仍以平面位错结构为主，随着循环周次增加，平面位错结构逐渐减少，与波纹滑移相关的非均匀分布位错结构却明显增加。这主要是因为晶体中的SRO在循环过程中会受到逐渐严重的破坏，从而导致的交滑移逐渐被激活。非比例载荷可以显著促进晶粒中非均匀分布位错结的发展，这是因为主应力轴的连续旋转会轮流/同时激活更多的滑移系，从而促进位错的交滑移和多滑移，并且循环角度越大，该促进作用越明显。本文对几种加载路径的研究表明：主平面旋转角度越大→位错交滑移/多滑移更充分的激活→非均匀分布位错结构越明显→循环硬化程度越大，因此我们可以将主平面旋转角度作为评价载荷非比例度的一个新的参量。另外，通过对相同应力幅值的不同周次下的TEM观察，发现它们的微观结构相差较大，说明相同的应力幅值响应未必对应着相似的微观结构，因此将循环流变应力看做一个整体来对其进行软/硬化机理研究并不完全合理。

        为深入研究316LN的循环变形机理，本文采用H-D法对不同载荷条件下的循环流变应力进行了分解，得到了两个分量内应力和有效应力的演化规律。有效应力的演化规律随着载荷条件变化区别不大，呈现出缓慢下降的趋势，这和SRO的破坏导致位错-固溶原子的短程交互作用削弱有关。而内应力演化规律则因载荷条件而异，并且与循环应力演化规律基本一样，这说明316LN的循环硬/软化行为主要是受到内应力分量的控制。因此在塑性循环本构关系研究中对循环硬/软化的模拟不能仅用屈服面半径的变化来模拟，而需要考虑有效应力和内应力的不同演化规律进行研究。316LN的循环应力随应变幅值/载荷非比例度增加而产生的硬化，也是主要受到内应力的控制，而有效应力的略微增加则与高应变幅、高载荷非比例度下更为充分的林位错交割作用有关。

        根据复合模型理论，结合微观结构的演化，将内应力进一步分解为晶间和晶内内应力。研究发现，对于单轴载荷，在中、高低应变幅下初期硬化主要是受到晶间内应力的控制，而随着位错交滑移的激活，一方面会减少晶间内应力，另一方面会增加晶内内应力，二者的竞争导致内应力的软化；而低应变幅下的持续软化则主要是受到晶间内应力的控制。对于非比例载荷，它对交滑移和多滑移的促进使得晶内内应力在循环初期阶段就会有明显的增加，从而增加了循环硬化程度，并延长了硬化阶段。