超细晶镍的组织和性能研究(4)
(1.3)
若考虑到处理过程中试样厚度的变化，等效应变可以由公式(1.4)进行估算：
(1.4)
式(1.4)中h0为试样初始厚度；h为处理后的试样厚度。
高压扭转法的主要影响因素有：压力大小，扭转圈数，扭转角速度，高径比，摩擦系数以及温度等[17,18]。
试样在压头和支座之间承受很大的压力，同时由于模支座的旋转，材料发生剧烈的剪切应变，试样外侧剪切应变量甚至可以达到几百以上，材料的塑性最大限度得到发挥，该方法被认为是剧烈塑性变形技术中细化能力最强的工艺。由于便于调节积累应变量和变形速度，高压扭转适用于加工盘状材料和固化粉体材料。目前，采用高压扭转已经成功制备了超细晶Cu、Ni、Ti、Al和Al合金，Ni3Al、Fe3Al和NiTi等金属间化合物。该种方法的缺点是由于不能制备出尺寸更大的超细晶块体材料，使得高压扭转的应用受到了很大限制[13]。因此要生产大体积的块状材料，只能通过接下来我们主要介绍的ECAP方法加工。
(2) 等径角挤压变形(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)
ECAP是通过使试样发生纯剪切变形而实现晶粒细化的，前苏联Segal教授[19]在70年代最早提出了等径角挤压变形的方法，最初的目的是在不改变试样横截面积的同时引入剧烈的塑性变形。80年代初，Segal[20]在研究钢的变形织构和微观组织时，为获得纯剪切应变，进一步提出和研究了等径角挤压变形。90年代，Valiev教授[21]成功利用了这种方法对粗晶金属及合金实现了组织超细化，从而逐渐成为一种主要的塑性变形细化的途径。ECAP作为一种能够获得超细晶的剧烈塑性变形方法而得到了进一步的发展与应用，并被视为块体超细晶金属材料的制备技术之一。以该方法研究拓展为基础，兴起的材料制备工艺、组织、力学性能等一系列研究已经成为当今国际前沿热点领域。
a. ECAP的基本原理
ECAP其优点是在不改变材料横截面积的情况下产生大的塑性变形，从而使材料的重复变形成为可能，可以获得大的累积应变，进而能够有效地将块体材料内部的晶粒细化至1μm以下，制备出块体超细晶材料。
ECAP挤压变形过程的示意图如图1.3所示：
ECAP所采用的模具是两个截面相等，以一定角度相交接在一起的通道，通道夹角记为 ，外角记为 。挤压过程中，将试样放入模具中，挤压杆从通道的一端施加压力，试样在交角处发生纯剪切变形从另一端挤出。每次挤压所获得的变形量与模具通道内的两个交角(内角 ，外角 )有关，可用下式(1.5)计算等效应变[23]：
等式中， 为挤压次数， 为模具通道交角， 为模具通道在外边界间连接弧所对应的夹角。
b. ECAP的变形路径
在ECAP模腔中，以不同方式放置试样会在变形过程中引入不同的滑移系统，从而对变形组织及性能有很大影响[24]。ECAP变形分为以下四种变形路径 (图1.4所示)：
A方式：每道次挤压后，样品不旋转，直接进行下一道次的挤压。
C方式：每道次挤压后，样品旋转180°后，进行下一道次的挤压。
Ba方式：每道次挤压后，样品旋转90°进入下一道次，旋转方向交替变化。
Bc方式：每道次挤压后，样品旋转90°进入下一道次，但旋转的方向不变。
ECAP的挤压方式对材料的组织结构具有很大影响。图1.5中标定出了试样ECAP变形过程中的坐标轴方向：
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