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得益于相变诱导塑性(TRIP)和孪生诱导塑性(TWIP)，奥氏体高锰钢以其优异的强韧性和能量吸收性能在过去十几年受到了广泛关注。迄今为止，人们对高锰TRIP/TWIP钢的发展做了大量的研究，主要工作集中于其生产制备过程、力学性能以及形变过程中的相转变和微观结构演化。但对于TRIP/TWIP钢的疲劳性能和行为，尤其在低周疲劳领域，则研究甚少。本研究以Fe-Mn(-C)系合金为例，系统研究了TRIP/TWIP钢在拉压循环加载过程中的变形及损伤行为，并着重探讨了层错能和短程有序结构对材料低周疲劳损伤机制和性能的影响。同时探索影响低周疲劳性能的主要材料属性，提出一种利用应力-应变滞后回线预估材料低周疲劳性能的方法，并以此为基础提出两种提高低周疲劳性能的方法。本文试图通过对Fe-Mn(-C)系合金实验结果的分析和讨论，加深对上述问题的理解，并拓宽对结构钢低周疲劳行为的理解，同时提供改善材料低周疲劳性能的策略，对金属材料的抗疲劳结构优化设计提供具有一定价值的参考。本文的主要研究结果如下: (1)提出一种基于滞回能的疲劳寿命预测模型(Nf=(Wa/W0)β）来评价低周循环损伤。研究发现:材料的低周疲劳（含超低周）性能主要由材料的损伤容限（内禀疲劳韧性0）和外界机械功转换为有效损伤能力（损伤转换指数β）决定。从宏观上讲，W0与材料的强韧性匹配有关，而β主要与材料的循环硬化能力有关;从微观上讲，W0代表材料的缺陷容纳能力，而β由塑性变形的不可逆性决定。对于Fe-Mn和Fe-Mn-C系TRIP/TWIP钢来说，随着C含量的增加或Mn含量的减少，位错运动方式均由波状滑移向平面滑移方式转变，但这两种平面滑移对疲劳损伤程度的影响不同。由Mn含量（低层错能）控制的平面滑移为均匀滑移，对应较低的损伤累积速率;而由C含量(C-Mn短程有序)控制的平面滑移主要为非均匀滑移，易于集中在位错带内，对应较高的损伤累积速率。故含有短程有序结构的工程材料应谨慎地使用。 (2)探讨了TWIP钢拉伸性能和低周疲劳性能不匹配的产生原因，并对疲劳损伤的主导因素加以识别，进而提出一种预估低周疲劳性能的方法。TWIP钢的较高的抗拉强度和高延性主要来自位错-孪晶和孪晶-孪晶的交互作用，以及由这些交互作用引起的加工硬化率上升。而TWIP钢相对较差的低周疲劳性能主要源于位错-位错的交互作用，同时其内部的短程有序结构进一步恶化了疲劳性能。材料的低周疲劳性能主要可以通过两个方面来评价，即点缺陷的增殖速率（位错湮灭速率）和空位聚集速率（应变局部化程度）。对于前一项，我们提出了滞后回线模型来预估低周疲劳性能。后一项主要考察材料的内在属性（如层错能及短程有序等），反映对应变局部化控制的能力，这方面可以通过伪动态模量的变化来进行简单判断。微观结构的变形均匀性通常是:由层错能引起的平面滑移优于波状滑移优于短程有序引起的平面滑移。综合考虑位错湮灭和变形均匀性，由低层错能引起的平面滑移是一种较理想的变形方式，该变形方式所造成的损伤较小，材料的疲劳寿命通常较长。 (3)论述了两种提高Fe-18Mn-0.6C TWIP钢低周疲劳性能的策略和工艺技术。首先，通过传统的冷轧加再结晶退火工艺，获得了晶粒均匀细化的FG样品;其次，应用原创的T&A处理工艺，得到了晶粒尺寸线性梯度分布GS样品。粗晶(CG)、细晶(FG)、梯度晶(GS)三种状态的TWIP钢的循环应力响应行为均可分为三阶段，即初始循环硬化、循环软化以及二次循环硬化。有意思的是，GS样品的循环硬化能力和循环准饱和应力均普遍比CG和FG高，混合准则在此失效。从基于应变的△ε/2-Nf曲线判断，GS样品在大应变幅下显示出最长的疲劳寿命，而在小应变幅下FG样品的寿命最长。从基于应力的△σ/2-Nf曲线判断，GS展现出最好的疲劳性能，其次是FG。这可能与GS中GND引起的额外硬化以及循环加载过程中形成的硬核软壳层结构有关。晶粒尺寸的线梯度分布对低周疲劳的有益影响是多方面的。首先，表面细晶层有助于提高变形均匀性，抑制疲劳裂纹沿SB萌生。其次，GS样品中大量的GND在SSD的基础上进一步提高了循环应力，因而从强度的角度提高了疲劳抗性。再则，GS样品在循环加载过程中形成的硬核软壳层结构有助于松弛表面应力，延长疲劳裂纹萌生的时间。以上关于晶粒尺寸和分布影响疲劳损伤机制的研究也许能对高疲劳抗性材料的结构优化设计提供新的指导。