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1）等径角挤压法（ECAP）
ECAP是一种采用施加剧烈的塑性形变的手段使样品产生纯剪切变形，以此达到细化晶粒目的的塑性变形手段。这种方法起初是由西格尔教授在1970年左右论述的[17]。1980年后，西格尔教授为了将纯剪切应变引入钢铁中，更深层次地论述探究ECAP手段[18]。到90年代瓦利夫[19-20]及其团队成功使用ECAP变形手段获得超细晶材料，引起了材料界的广泛关注。随着这一方法的研究不断深入，其逐渐成为一种细化晶粒的主要途径，并朝着工业化发展。
ECAP变形工艺的特点在于材料经过剧烈塑性变形后，其横截面积不变，因此可以不改变材料外观形状却能对材料施行重复变形的加工，累积大的应变，对晶粒细化起着极大的作用。图1.2（a）中显示的是ECAP变形示意图，挤压通道是一对横截面积相等的模具以特定角度相联而成的，模具内角记作 ，外角记作 。在变形过程中，使用挤压杆在通道一端对试样施加压力，使其流向下一个通道，途中试样在通道交叉处发生纯剪切变形。每个道次所获得的等效应变量可以由公式（2）计算[21]：
（2）
式中： 为挤压变形的道次数。
图1.2 （a）ECAP变形原理图[22]，（b）挤压方式示意图[22]
在ECAP细化晶粒时，挤压道次和挤压路径是重要的影响因素。挤压路径不同，在变形的过程中引入的滑移系统就不同，而不同的滑移系统对变形组织及特性会起到重要的作用[23]。图1.2(b)为ECAP变形手段的四种不同变形方式：
A方式：每经过一个道次的变形后，样品不旋转，直接进行下一道次的挤压。
C方式：每经过一个道次变形后，挤压的样品旋转180°后，再继续下一道次的挤压。
Ba方式：每经过一个道次变形后，样品旋转90°后再继续下一道次的挤压，试样的旋转方向交替发生变化。
Bc方式：每经过一个道次变形后，样品旋转90°后再继续下一道次的挤压，但实验旋转的方向保持不变。
图1.3 ECAP的变形路径(a)ECAP变形中定义的各个面及方向[23]，(b)不同变形方式对材料各个面组织形状的影响[14]
图1.3（b）中显示的是采用ECAP不同的变形方式处理材料后材料各个表面的组织形状。从图中可以看出材料在采用A方式实现几个道次的变形后，X、Y轴方向上的晶粒发生很剧烈的变形，晶粒的形状逐渐变长；采用C方式变形，晶粒的形状与挤压道次有关，偶数道次的挤压变形后，晶粒还原到和变形前相同的外形；Ba方式与A方式较为接近；Bc方式和C方式在一定程度上有些相似，挤压变形后晶粒在X、Y、Z方向上都得到了均匀的变形，并且经过4n道次变形后，晶粒还原至和变形前相同的外形。通过Bc挤压方式可以迅速形成等轴晶，被认为是最有效细化晶粒的方式。
采用SPD工艺完成金属材料的大变形的中心原理是在材料的内部积累较大的应变量，从而使晶粒得到细化[24]。不同的SPD细化晶粒手段有着共同的特点：组织内部发生剪切变形，使其在内部被打碎从而获得细化的效果。等径角挤压变形具有合适的剪切变形，加工工艺简单，所适用的材料范围广，是理想的晶粒超细化的方法。
2）高压扭转法（HPT）
HPT最早是布里奇曼教授[25]在1940年左右论述的一种SPD工艺方法。80年代时俄罗斯专家们成功将HPT变形方法运用于一系列金属和合金上[26-28]，推动了HPT变形方法的发展。大量的文献记录表明[29-31]，各种金属材料的制备过程均可采用HPT方法，能够制备晶粒尺寸细化的超细晶材料。