调和组织结构是一种特殊的双模态组织结构,能够获得高强度并且保持良好韧性,为发展高强、高韧性和耐疲劳损伤金属材料提供了重要思路。研究调和组织结构奥氏体不锈钢的疲劳性能,揭示其微观结构对疲劳失效机理的影响,为多尺度、多层次的纳米非均匀结构金属的设计提供实验及理论依据。本文主要研究机械研磨及热等静压制备的调和组织结构的316L奥氏体不锈钢的疲劳性能。研究了调和组织结构对于疲劳极限的影响,以及循环加载期间的稳定性,分析其疲劳断裂机理。在疲劳裂纹扩展的研究中,分析了应力比与晶粒尺寸对于调和组织结构材料疲劳裂纹扩展行为的影响,揭示粗晶(核)与超细晶(壳)对于裂纹的扩展速率及路径的影响。在棘轮疲劳的研究中,分析了晶粒尺寸、平均应力与峰值保持时间对调和组织材料的棘轮应变累积及疲劳寿命的影响,并揭示其疲劳失效机理。通过调和组织结构奥氏体不锈钢的疲劳性能研究得出结论:(1)调和组织结构奥氏体不锈钢相比于传统粗晶材料,具有较高的疲劳极限,并且在循环加载中保持较好的疲劳稳定性。(2)应力比对调和组织拓扑结构的疲劳裂纹扩展的影响不大,其中提高屈服强度的超细晶(壳)的存在提高了裂纹萌生的抗性,粗晶(核)会使疲劳裂纹偏折产生二次裂纹,阻碍疲劳裂纹扩展。因此调和组织结构材料比均匀的粗晶或超细晶材料表现出良好的疲劳性能。(3)在棘轮疲劳中,平均应力的提高和峰值应力保持时间的延长会导致调和组织结构奥氏体不锈钢的棘轮应变增大,降低棘轮疲劳寿命。但晶粒尺寸的降低会降低其棘轮应变。(4)平均应力升高会加剧材料变形,使内部易产生二次裂纹较早断裂失效。