大量研究表明，很多钢铁材料在提高强度的同时往往会导致其塑性快速降低，即强度-塑性匹配表现为“香蕉型”倒置关系。如何改善这种强塑性关系是目前金属材料研究面临的一个重大科学难题。最近，我们通过动态塑性变形（DPD）技术结合退火热处理工艺，在粗晶奥氏体不锈钢中引入高密度的纳米孪晶晶粒，可以获得优异强塑性匹配的纳米孪晶强化奥氏体钢，其拉伸强度高达~1.0 GPa, 而均匀延伸率依然保持了~15%。显然，揭示这种新型纳米孪晶强化奥氏体钢的塑性变形机制对我们理解其力学性能至关重要。
在本研究中，我们系统研究了单向拉伸过程中纳米孪晶/再结晶这一双结构的塑性变形机制。主要分为两个阶段：
(1)小应变下(εu<5%)的均匀塑性变形阶段。纳米孪晶晶粒能够与其周围的再结晶基体一起发生均匀塑性变形，纳米孪晶/再结晶界面无明显的应变/应力集中。纳米孪晶晶粒的塑性变形各向异性导致平行于孪晶界方向的再结晶区域比垂直于孪晶界方向的再结晶区域具有更高密度的位错。
(2)大应变下(εu>12%)的非均匀塑性变形阶段。纳米孪晶内部发生以退孪晶和剪切带形式的局域塑性变形。这导致其周围的再结晶晶粒产生明显的应变梯度。从而紧邻纳米孪晶周围的一些再结晶晶粒产生新的变形孪晶，而远离其的再结晶晶粒，位错滑移依然主导其塑性变形。
纳米孪晶晶粒不仅强度高，而且具有一定的塑性和加工硬化能力。相比于传统的强化相颗粒周围通常产生很高的应变梯度，纳米孪晶晶粒周围在一定均匀塑性应变下几乎没有应变/应力集中。正是由于纳米孪晶自身的塑性变形行为以及纳米孪晶/再结晶界面的特殊性决定了纳米孪晶强化奥氏体钢具有优异的强塑性匹配。相关工作见Acta Mater. 81 (2014) 487。
