在二十一世纪的工业生产中，管材在机械、化工、航空航天、交通运输等工业部 门都得到了广泛的使用。自 20 世纪 90 年代以来，汽车结构的轻量化思想一直是有关 部门研究的重点，这是因为原材料以及燃料成本不断提高，环保法规对废气样放也在 严格限制。减轻汽车结构的重量除了采用轻体材料外，还可以在结构上采用以空代实 和转角等强构件，也就是说对于承受以弯曲或扭转载荷为主的构件，可以通过采用空 心结构来达到减轻重量、节约材料、充分利用材料的强度和刚度的目的[7]。这也是本 课题对管件材料及其大塑性变形加工技术研究的意义之一。

1.2 大塑性变形工艺简介

大塑性变形技术是一种新型的塑性变形加工技术，在大塑性变形技术中，作用于 坯料上的真应变可以超过 4.0[8]（而传统的塑性变形所得到的真应变的应变量很难大 于 1.0），因为大塑性变形技术的主要变形方式是剪切变形，因此经过了管材大塑性 变形工艺处理的材料可以获得超细晶组织。此外，大塑性变形工艺处理过的材料的力 学性能、使用性能都得到了不同程度的改善。例如，对于应用广泛的铝合金，在经过 了冷轧和热处理（退火）后会形成强烈的{100}<001>立方织构，从而使铝合金难以获 得优良的冲压性能，但是如果采用大塑性变形工艺来制备，就可以得到传统加工难以 获得的{111}//ND 类型的织构，这样铝合金的冲压性能就得以提高[9]。 大塑性变形工艺受关注的主要原因是因为其特点之一就是细化晶粒，得到超细晶组织。超细晶材料是集优异的强度与良好的塑性、韧性于一身的高性能结构材料[10]。 晶粒细化一直是发展高性能材料的主线和重要研究方向，但是传统的晶粒细化方法存 在工序多、污染和氧化等缺点。对于难变形、塑性较差的材料，通过大塑性变形工艺， 可以细化晶粒，得到超细晶的组织，并且得到的材料微观组织均匀。

此外，在现代工业中，传统的材料也无法满足特殊用途的需求，例如航空、航天、 军事等行业对高强、高韧性材料的需求；对于一些难变形或者塑性较差的材料如镁合 金，可以通过大塑性变形来细化晶粒，提高其塑性；通过提高材料在较高温度下的超 塑性能力来提高工厂的生产效率。这些都是具有现实意义的。位于 ISI 的国际材料科 学家排行榜上第七名的俄罗斯 Ufa 航空技术大学的 R Z Valiev[11]提出：满足以下三项 条件的工艺才能称为大塑性变形：相对大的塑性变形量、变形温度相对较低、变形材 料内部应承受高压。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国内研究现状

1.3.2 国外研究现状

1.4 存在的问题

尽管管材的大塑性变形工艺在制备超细晶材料方面有着不容忽视的优势，但是它 在结构材料方面的应用仍然有限。产生这种现象的原因很多。第一，大部分学者对管 材大塑性变形的研究都停留在学术研究阶段，并没有超细晶结构材料的制备制备过 程，这就使得大塑性变形技术缺乏现实意义。第二，管材的大塑性变形技术的工艺过 程很复杂，对实验的要求很高，成本很高，大部分的工业生产难以实现这些要求。并 且由于大塑性变形工艺提出的时间较短，工艺方法、参数选择、结构设计以及工艺措 施都与现有的资料不同，有关管材塑性加工方面的资料相对较少，导致加工的标准没 有统一的量度。最后，超细晶材料的制备对模具的要求也很高，目前的大塑性变形工艺只适应于一些小体积、特殊用途产品的制备，生产大尺寸的工业零件的困难程度较 高，难以实现。

1.5 有限元模拟的基本理论