高氮无镍奥氏体不锈钢作为一种应用广阔、性能优异的新型不锈钢结构材料,服役过程中必然要承受各种单向、循环等类型的载荷,有关其力学性能及疲劳行为的研究具有重要的实际意义。并且由于其本身不含镍,不会对人体产生过敏反应,经常被制成各种尺寸的器械植入于人体内,故研究材料尺寸对其力学行为的影响具有一定的现实意义。但是目前这些方面的系统研究仍未开展。本工作选取18Cr-18Mn-0.63N无镍奥氏体不锈钢作为研究材料,考察其在不同应变速率下的单向变形及损伤行为,并以此为基础重点研究了其在不同加载方式下的变形机制,以及样品厚度(即几何尺寸)对其拉伸和疲劳行为的影响。18Cr-18Mn-0.63N奥氏体不锈钢与传统的含镍不锈钢相比,材料具有较高的强度,而延性较低。拉伸变形时,随着应变速率的增加,样品的屈服强度增加,而抗拉强度和总伸长率有所减小。这与高应变速率下拉伸时样品内部大量孪晶和类孪晶带等微观结构的出现相对应。压缩变形行为的应变速率敏感性相对较低,与拉伸变形相比,表面起伏更为严重,并且在样品内部几乎没有孪晶出现,取而代之的是大部分晶粒内沿三个滑移方向开动的平面滑移型位错。不同总应变幅下18Cr-18Mn-0.63N奥氏体不锈钢对称拉-压疲劳实验结果表明,材料的疲劳与断裂行为与外加应变幅密切相关。在不同应变幅下,材料均在初始循环阶段表现出明显软化,之后出现应力饱和现象。在低应变幅下,裂纹沿滑移带萌生和扩展；内部微观位错组态以平面滑移型位错结构为主；在较高的应变幅下,在样品表面出现了大量的沿晶开裂,在晶粒内出现了大量的位错胞结构和层错,在局部晶粒内还出现了形变微孪晶。样品厚度在亚毫米尺度附近的18Cr-18Mn-0.63N不锈钢的拉伸与拉-拉疲劳的性能、断裂行为和微观结构变化均表现出一定的尺寸效应。在相同应变速率下拉伸时,随着样品尺寸(厚度)的增加,材料的屈服强度、抗拉强度以及伸长率增加；同时表面的变形程度更为严重,颈缩现象更为明显,断口的韧窝尺寸逐渐增加；变形微观结构从平面滑移型位错结构为主逐渐转变为以形变孪晶和类孪晶带结构为主。在相同应力幅下拉-拉疲劳时,随着样品厚度的增加,疲劳寿命升高：表面的损伤模式由滑移开裂逐渐转变为沿晶开裂；断口表面疲劳裂纹源区的微观特征从准解理逐渐转变为解理,裂纹扩展区的塑性疲劳条带特征更为明显,最终瞬时断裂区的韧窝尺寸和密度有所增大；变形微观结构从以多系平面滑移带和形变孪晶(或类孪晶带)为主逐渐转变为以单系平面滑移带和层错为主。恒应力幅下的拉-拉疲劳实验表明,18Cr-18Mn-0.63N奥氏体不锈钢的疲劳寿命Nf与应力幅△σ/2满足双线性Basquin关系。随着应力幅的增加,试样表面的损伤模式由滑移开裂逐渐转变为沿晶开裂。变形微观结构对于应力幅的变化较为敏感：在低应力幅区域,变形微观结构以平面滑移型位错和层错为主,并伴随着少量孪晶的形成；在高应力幅区域,变形微观结构主要为平面滑移型位错和孪晶,局部晶粒内出现波状滑移型位错结构和类孪晶带。这种不同应力幅下微观变形机制的差异是S-N曲线中出现一个明显拐点(即Nf-△σ/2满足双线性Basquin关系)的根本原因。