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5．1 ECAP挤压道次对显微组织观察 30
5．2 ECAP挤压道次对力学性能的影响 31
5．3 本章小结 35
结 论 36
致 谢 37
参 考 文 献 38
1 绪论
将金属作为结构材料使用时，人们最为关注的是它的力学性能，尤其是强度。目前大部分的金属材料都存在韧性较高、强度不足的特点之一。经过理论研究，改善金属性能一般有两种方法：一是完全消除内部的位错和其他缺陷，使它的强度接近于理论强度，如无位错的高强晶须，但这样并没有太大实用价值，因为此种高强度是不稳定的，其对于操作效应和表面情况非常敏感，在充当结构材料时，不可避免会受力，一旦产生位错，强度就大大下降；二是引入大量的缺陷，以阻碍位错在金属中的运动，方法包括沉淀强化、细晶强化、固溶强化、加工硬化等。近年来，受到广泛重视的剧烈塑性变形技术，便是上述强化理论的综合应用。
1．1 剧烈塑性变形
剧烈塑性变形技术(Severe Plastic Deformation)[1]是在不改变复合材料尺寸的前提下, 通过施加很大的剪切应力而引入高密度位错,将平均晶粒尺寸细化到1μm以下, 获得由均匀等轴晶组成、大角度晶界占多数的超细晶复合材料；同时充分破碎粗大增强相, 尤其是在促使细小颗粒相均匀分布时比轧制、挤压效果更好, 显著提高复合材料的延展性和可成形性[2]。通过大塑性变形技术已经成功制备出亚微米晶和纳米晶[3]纯金属、合金、金属间化合物、金属基复合材料等,获得的组织中存在高密度晶格缺陷如晶界、位错、空位,使氢和金属原子的扩散速度加快从而显著提高吸放氢性能。
目前的SPD形成技术的经历了以下三个阶段的发展 [4]：
1)20世纪80年代是孕育阶段，主要是提出剧烈塑性变形方法并开始初步研究。1981 年V. M. Segal 等发表等通道转角挤压的论文；1984 年V. A. Zhorin 等提出高压扭转形变。该时期的研究工作主要限于前苏联境内。
2)20世纪90年代为平稳发展阶段。主要是由于R. Z. Valiev 和T. G. Langdon等人在90年代初的推动工作，这一研究领域逐渐受到国际材料学界的重视，从而使剧烈塑性变形的工作在全世界范围内逐步展开。
3)1999年以来为高速发展阶段。研究队伍迅速扩大，论文发表和专利申请数量急剧增多，剧烈塑性变形已经成为结构材料科学前沿重要的研究热点之一。
剧烈塑性变形技术包括了等通道角挤压法（Equal Channel Angular Pressing, ECAP）、累积叠轧（Accumulative Roll-Bonding，ARB）、往复挤压(Continuous Cyclic Bending, CCB)、高压扭转变形(High Pressure Torsion, HPT)等，如表1-1所示
表1-1 SPD技术示意图
技术名称 图解
等通道角挤压法（Equal Channel Angular Pressing, ECAP）[5]
累积叠轧（Accumulative Roll-Bonding，ARB）[6]
往复挤压(Continuous Cyclic Bending, CCB) [7]
高压扭转变形(High Pressure Torsion, HPT) [8]
1．2 等径角挤压
等径角挤压是以纯剪切方式实现材料大塑性变形的技术。它利用加工过程中的加工硬化、动态回复、动态再结晶来控制材料的微观组织,达到细化晶粒、提高性能的目的[9]。
ECAP是由20世纪80年代初，前苏联Segal等科学家提出来的。到20年代90年代Valiev等人发现利用此技术可使材料产生大应变细化晶粒，得到亚微米或纳米材料。在20世纪末日本成功地制备了纳米晶，正是由于大块体超细晶或纳米晶金属材料的成功制备，这种方法才受到各国材料界科学工作者广泛关注，而纷纷展开研究[10-12]。目前，对ECAP技术的研究已经涉及到了多种材料，包括Mg合金[13]、Al及Al合金[14]、Zn合金[15] 、Ni[16]、Fe及钢[17]、Cu及Cu合金[18]、Zr[19]、Ti[20]、W[21]、金属间化合物[22]、复合材料[23]以及形状记忆合金[24]等，研究的内容主要包括ECAP变形过程及机制、ECAP材料的组织变化、力学性能及强韧化等。