层错能较低的面心立方结构金属和合金经变形后,在退火过程中会形成大量退火孪晶界。与普通高角度界面相比,退火孪晶界由于原子排列规则,畸变小,界面能低以及出色的稳定性,能提高材料的抗氧化、抗腐蚀、抗裂纹扩展等性能。而且退火孪晶界两侧晶粒具有特殊的位向关系,能阻碍位错滑移,具备作为一种强化机制的潜力。因此研究退火孪晶界在形变热处理过程中的演变、形成机理及其影响因素,研究退火孪晶界对合金变形行为和力学性能的影响对退火孪晶界的应用具有重要意义。本论文采用不同形变热处理工艺制备了多种退火态的镍基变形合金,系统地研究了形变热处理合金中孪晶界含量随预变形量、退火温度和退火时间的演变规律,揭示了控制退火孪晶界形态和含量的因素。根据退火孪晶界的演变规律,制备了孪晶界密度不同的合金试样,观察了合金在不同温度和应变速率下的变形行为,研究了“锯齿”流变的形成机理、类型及其影响因素。讨论了晶粒尺寸对“锯齿”流变的影响。研究了不同条件下退火孪晶界对合金性能的影响及其机理,以及形变热处理工艺,合金组织与力学行为之间的内在联系。主要得到以下的研究结果:透射电子显微镜分析结果表明,合金在变形过程中,位错与合金中退火孪晶界的相互作用,导致退火孪晶界上出现大量a/6<112>不全位错,致使连续界面(晶界和退火孪晶界)逐渐演变为不连续界面;在随后的去应力退火过程中,具有特殊位向界面的分解和快速迁移,促使孪晶界形核和生长,最终形成“团簇”退火孪晶界;在再结晶退火过程中,形成直线/直线状退火孪晶界。阐述了退火孪晶界的形成过程,揭示了控制退火孪晶界形成机理和形态的因素。通过单个晶粒内孪晶界密度和晶粒尺寸分布的分析可知,大预变形量和高退火温度能降低孪晶界在退火过程中形成的临界值,促进孪晶界的形成,同时有利于改善合金中晶粒尺寸分布,是影响形变热处理合金中退火孪晶界密度的主要因素,能控制退火孪晶界含量:在相同形变热处理合金中,退火孪晶界密度随晶粒尺寸的增加先增加至最大值,然后随晶粒尺寸的继续增加而逐渐降低;在具有相同晶粒尺寸分布的合金中,孪晶界密度随预变形量的增加和退火温度的升高而增加。在高温退火过程中,第二相粒子的溶解导致低温时被第二相粒子钉扎的晶界快速迁移,有利于退火孪晶界的形成,提高退火孪晶界密度,证实退火孪晶界的生长“意外”机制的正确性。另外将退火孪晶界的形成临界值加入Pande模型,能降低模型与实验之间的误差,提高模型预测退火孪晶界密度演变的准确性,有利于退火孪晶界密度的调整和控制。高温拉伸时,合金中置换型固溶原子的应变时效,导致C类型“锯齿”流变出现,与激活能计算得到的结果一致,而且固溶原子与滑移位错的交互作用导致平均应变硬化率增加。低温拉伸时,合金是否出现“锯齿”流变主要依赖于晶粒尺寸和退火孪晶界密度。大晶粒合金中与单个晶粒相邻的晶粒数目越少,界面越能阻碍滑移带的滑移,应力越容易在孪晶界附近集中和改变合金的应变速率,导致合金出现A类型“锯齿”流变行为,反之则不易出现“锯齿”流变。退火孪晶与基体的特殊位相关系,在拉伸过程中,能阻碍位错滑移,导致位错在孪晶界面上发生非平衡分解,从而提高合金强度和平均应变硬化率;然而一旦相邻孪晶内的滑移系被激活,位错将能在孪晶内的共轭滑移面上滑移,从而降低孪晶界对合金拉伸延伸率的负面影响。退火孪晶界对镍基变形合金性能的贡献随拉伸温度的升高和应变速率的降低而降低,然而其降低速率较小,而且即使在高温低应变速率时,退火孪晶界对镍基变形合金性能的贡献仍占据重要地位。另一方面,形变热处理镍基变形合金中退火孪晶界的形态和含量可以通过形变热处理工艺来控制和提高。因此退火孪晶界在镍基变形合金中具有成为一种强化机制的潜力。