本文设计了 3 种不同 Cr含量的 Fe-20Mn-1.2C-XCr(X=0.46,0.88,1.3;wt·%)合金,通过力学性能测试,结合X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)等现代表征技术,研究了 Cr含量对TWIP钢层错能、显微组织、力学性能以及拉伸应变硬化行为的影响,并对Fe-20Mn-1.2C-XCrTWIP钢的形变微观机制以及诱发塑性机制进行了较为系统的探讨。主要研究成果如下:(1)采用X射线峰位移法与热力学计算法对不同Cr含量TWIP钢的层错能进行了测定,并对TWIP钢拉伸变形前后组织进行了 X射线衍射分析。结果表明,Cr含量的增加可以降低TWIP钢的层错能,抑制γ→εε马氏体相变,有利于形变孪晶和TWIP效应的产生,Fe-20Mn-1.2C-XCr系TWIP钢拉伸过程中无马氏体相变发生。(2)利用OM观察了 TWIP钢拉伸变形前后的显微组织。结果表明,试样拉伸前为奥氏体等轴晶,拉伸后组织中形变孪晶的数量和密集程度随着Cr含量的增加而增加,Cr元素的增加有利于合金的TWIP效应。(3)不同Cr含量TWIP钢的力学性能测试结果表明,随着Cr含量增加,TWIP钢的屈服强度、抗拉强度以及伸长率均显著提高。Fe-20Mn-1.2C-1.3Cr合金的屈服强度为498.76MPa,抗拉强度为1248.6MPa,延伸率可达81.9%,具有优异的综合力学性能。TWIP钢优异的应变硬化能力,是位错滑移与形变孪晶强化共同作用的结果。低应变阶段,位错强化起主导作用,当应变量增大到一定程度后,孪晶强化起主导作用。(4)用SEM观察TWIP钢拉伸断口的组织形貌。结果表明,Fe-20Mn-1.2C-XCr TWIP钢的拉伸断口为典型的韧性断裂特征,呈细小、均匀等轴韧窝结构,Cr含量的增加有利于提高TWIP钢的断裂韧性。(5)以Fe-20Mn-1.2C-1.3Cr TWIP钢为例,采用TEM对其形变过程中的微观结构进行了观察,探讨了孪生诱发塑性的机制。结果表明,形变量较低时,位错的滑移与增殖是主要的塑性变形机制;随着形变量的增大,形变孪晶以及二次孪晶逐渐形成,孪晶强化起主导作用。大量位错的产生为形变孪晶的形成提供潜在的形核位置,位错的塞积、形变孪晶的形成、位错与孪晶以及孪晶间的交互作用共同引起材料强度、塑性的提高。