第三代汽车钢兼具高强度和高韧性的优点使其在汽车工业中具有巨大的应用潜力。中锰钢利用TRIP效应来改善其力学性能,TRIP钢的一个主要微观结构特征即少量残余奥氏体与大量铁素体,这种亚稳态奥氏体在塑性变形过程中会诱发马氏体相变,提高材料的加工硬化率并改善其可成型性。本文围绕中锰钢展开如下研究:(1)中锰钢的断裂机理:介绍了断裂理论,并用其中的几种方法对中锰钢的断裂韧性进行表征。通过原位力学测试系统对中锰钢进行高温和常温下的准静态拉伸试验,观察中锰钢在拉伸过程中的裂纹扩展行为,拉伸过程中发生马氏体相变并会因此产生大量的二次裂纹。对断裂后试样进行断口形貌分析,从微观角度判断其断裂机制为微孔洞聚结型韧性断裂与微解理脆性断裂的混合断裂模式。在准静态拉伸过程中用扫描电子显微镜记录中锰钢裂纹尖端的实时情况变化,并用裂纹尖端张开角度法对中锰钢在常温下的断裂性能进行初步表征。将数字图像相关法与基本断裂功实验结合,测定中锰钢在常温和高温下的基本断裂功大小。高温下由于材料软化以及没有相变生成的马氏体,因此其断裂性能较好。(2)中锰钢的疲劳特性:通过原位力学测试系统对中锰钢进行高温和常温下的疲劳小裂纹扩展试验,观察中锰钢在不同温度下的实时疲劳裂纹扩展行为,测定中锰钢在不同温度下的疲劳裂纹扩展速率。实验表明,中锰钢在疲劳载荷下出现裂纹分支和次裂纹扩展现象。由于常温发生马氏体相变会提升中锰钢的屈服强度,以及马氏体相变产生的残余压应力抵消部分裂纹扩展所需能量,因此常温下的疲劳小裂纹扩展速率要低于高温,且常温下疲劳裂纹扩展速率的门槛值较大。随着应力强度因子幅度的增加,马氏体相变引入的残余压应力对疲劳性能影响逐渐减弱。