钨的组织超细化研究+文献综述(2)
根据霍尔-佩基关系可以知道，平均晶粒尺寸越小，金属的变形能力、抗拉强度和硬度就越大。所以当金属材料的晶粒尺寸通过特定方法细化到一定程度后，金属组织和力学性能将会发生了极大的改善。因此超细晶材料的研究对金属材料性能的提高有着极其深远的影响，具有光明的应用前景。然而提高超细晶/纳米晶的强度和增加超细晶/纳米晶的塑性通常来说是个悖论。因此如何提高超细晶/纳米晶的塑性是材料科学研究的一个重要课题。
钨是一种稀有金属，天然存在的钨矿是十分稀有的，因此钨具有很高的价值。中国拥有巨大的钨矿资源，大约拥有全球钨矿埋藏总量的70%左右[2]。钨拥有一系列突出的优点，如熔点和强度高、热膨胀系数低和抗腐蚀性能良好。这些优良性能使其在许多生活和生产领域有着突出的表现[3]，广泛应用于电灯灯丝、喷涂材料[4]、电子管阴极等方面。
钨是本征脆性材料，也就是说钨单晶体(或单个晶粒)本身是脆性的，在外力作用下会优先发生解理断裂而不是塑性变形；同时大量数据表明大角度钨晶界是脆性的。钨所拥有的一些特性（如高熔点等），使得粉末冶金技术成为纯钨产业化生产的重要手段。然而钨内部存在的大批孔隙和杂质大多是由此冶金工艺引入的。工业纯钨较低的韧脆转变温度和较差的塑性等缺陷也被粉末冶金工艺进一步加剧。因此为了提高钨的塑性和韧性，对纯钨进行组织超细化的研究具有重要的意义。
1.2 纯钨性能改善研究现状
1.3 金属大变形工艺
目前对金属进行剧烈变形可通过传统的轧制法和剧烈塑性变形法得到。
1.3.1 轧制法（Rolling）
轧制法是一种重要的金属材料成型方法，在金属成型方面被广泛应用，轧制后的材料被广泛应用在制造业、建筑业等重要的领域，轧制工艺存在于人类生活的各个方面和角落，与生产生活有着紧密的联系[1]。
轧制工艺的基本原理如下图1.1所述。
在轧制的进程中，轧件和轧辊之间会产生摩擦力。这个摩擦力作用在轧件上，使轧件被拉进轧辊之间。在轧件经过轧辊之间时，受到轧辊的压力而产生塑性变形。轧制能够将金属轧件的横截面积变小，长度增长。除此之外，还能在一定程度上改善材料的组织和性能。
轧制工艺的等效应变计算公式[1]：
（1）
式中 为轧制前轧件厚度， 为轧制后轧件厚度。
轧制工艺加工方便且应用广泛，然而传统的轧制工艺也拥有一些缺陷。由等效应变的计算公式可以得知，当变形量达到50%时，对应的等效应变是0.8，当变形量达到98%时，对应的等效应变是4.5。上述数据显示，当等效应变较大时，可以得到大应变量变形组织，但是此时的变形量较大，材料的厚度尺寸损失较大，因此块体的超细晶材料无法用轧制工艺获得。
1.3.2 剧烈塑性变形（SPD）
SPD方法是在低温的情况下在材料内部引入足够大的变形储存能，这些能量以各种缺陷的形式存在，导致材料的内部组织超细化和纳米化的工艺手段。相比于其他传统的方法，剧烈塑性变形对于晶粒细化的能力更为突出，变形组织的晶粒尺寸可以达到超细晶等级，且能够使大尺寸块体材料发生变形[11]。SPD不会引入机械损伤和裂纹，同时大变形下金属材料内部结构均匀、无污染、无残余孔隙[12-13]。剧烈塑性变形是如今材料学领域获得纳米材料的重要手段，主要包括以下几种工艺：高压扭转法(HPT)[14]、等径角挤压法(ECAP)[14-16]、累计叠轧法(ARB)[11]、反复弯曲平直法(RCS)[11]等。ECAP和HPT为两种最重要的SPD变形手段，下面将着重介绍这两种手段。