H85黄铜轧后弯曲变形对其组织与性能的影响(3)
图1.1.2电线微元件样品的机械性能和材料直径D/d比的关系
1.1.3 大塑性变形法
大塑性变形法(S e v e r e P l a s t i c Deformation，SPD)具有将粗晶材料的晶粒细化到纳米量级的巨大潜力，是近年来逐步发展起来的一种独特的超微粒子(纳米晶和亚微晶)金属及其合金材料制备工艺。它是指材料处于较低的温度(通常低于0．4 Tm)环境中，在大的外部压力作用下发生剧烈塑性变形，从而将材料的晶粒尺寸细化到亚微米或纳米量级的一种工艺。强应变大塑性变形可以在低温条件下使金属材料的微观结构得到明显的细化，从而大大提高其强度和韧性。SPD法细化晶粒的原因在于这种工艺能大大促进大角度晶界的形成。本文综述了SPD法制备材料的常用方法，分析了材料在SPD加工过程中的组织转变特点及其SPD细化合金的微观组织与力学性能，并在此基础上论述了大塑性变形法的实际应用，指出了当前研究中存在的主要问题，并展望了大塑性变形的应用前景。SPD技术能将粗晶材料有效地细化到亚微米甚至纳米尺度范围，而且获得的SPD纳米结构材料具有结构致密、组织均匀、颗粒细小、界面清洁等诸多优点，因而在基础研究和应用领域受到越来越多的关注。大塑性变形被认为是块体金属实现纳米化最为有效的途径之一。
1.1.4 SPD技术分类及其存在问题
SPD法有两种：等通道转角挤压(ECAE)和大扭转塑性应变法(SPTS)。最近几年，SPD技术得到了迅速的发展，出现了一些大塑性变形工艺：往复挤压(Reciprocating Extrusion，RE)、等通道转角挤压(Equal Channel Angular Extrusion，ECAE)、高压扭转变形(High Press and Torsion，HPT)、叠轧(Accumulative Roll Bonding，ARB)、反复折皱一压直(Repetitive Corrugation and Straightening，RCS)、搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing，FSP)等。大量的研究表明，SPD法可有效地将多晶材料的晶粒尺寸细化至微米尺度以下。目前已开发的SPD工艺中有3种晶粒细化机制：形交诱导晶粒细化、热机械变形细化晶粒和形变组织再结晶导致晶粒化。块体超细晶粒材料由于具有大量与众不同的特性，可做超高强度材料和超塑性材料等，广泛应用于航空航天等领域。
大工业规模生产超细晶材料是全球金属工业追求的核心技术之一。用传统加工技术，例如轧制、锻造和挤压等方法产生大塑性形变来细化晶粒有很多问题，其中最基本的问题是在获得足以生成细晶(微米级)或超细晶(亚微米级)的大塑性形变后工件的尺寸至少在一个尺度上变得很小，从而限制了材料的实用价值。通过大塑性形变细化显微结构是生产超细晶金属结构材料的有效方法。到目前为止，在结构钢和低合金钢，铝、钛、铜、镍、镁金属及合金等诸多材料中利用大塑性形变已获得亚微米级超细晶显微结构，并有小规模成功应用于医疗器械和体育器材等领域的实例。为克服传统工艺施加大塑性形变的困难而开发的ECAE、ARB等方法在原则上可用于大规模工业化生产，但在工艺设计、生产成本和生产效率以及应用范围等方面还有很多问题，工业开发价值有限。
1.1.5 大塑性变形工艺
（1）ECAE 工艺
ECAE 工艺作为一种通过大塑性变形获得大尺寸UFG块体材料的有效方法之一，是20世纪80年代初由前苏联科学家Segal等在研究钢的微观组织和变形织构时提出的。该工艺是通过2个轴线相交且截面尺寸相等的通道，将被加工材料挤出，其基本原理如图12所示。在加工过程中，因通道转角的作用，材料发生剪切变形从而产生大的剪切应变, 由此导致位错的重排而使晶粒得到细化并形成新的剪切变形织构。在ECAE工艺中, 影响材料组织和性能的工艺参数主要包括模具结构、挤压路径和挤压道次、挤压温度、挤压速度等。此外，材料的初始微观结构和相组成等对ECAE材料的微观组织和力学性能也有重要的影响。该工艺中，材料发生的等效应变量不仅取决于挤压道次、通道夹角，还与模具外侧圆弧角度等有关，其总应变εN 计算公式如式: