超细晶钽的再结晶行为与动态力学性能(4)
1.2.3 累积叠轧焊
累积叠轧焊(Accumulative roll-bonding, ARB)是由日本大阪大学SAITO [22-23]等首次提出并逐步发展起来的一种变形方法。目前，由于 ARB 工艺易于在传统轧机上实现，制备的板材具有层压复合钢板的特性，因此可用于各种材料的制备中。其原理是一个材料的不断堆叠和轧焊的过程。在该过程中，首先将一块原始板材有序地放置于另一块板材上面，通过传统轧焊加工使板材轧焊在一起，在必要的时候对堆层之间进行表面处理以提高其结合强度，然后从中间板材剪开分成两部分，再将这两部分进行表面处理、堆叠，然后进行循环轧焊。整个过程需在低于再结晶温度的高温条件下进行，若温度过高易使材料出现再结晶，将抵消叠轧过程中所产生的累积应变；若在较低温条件下则将导致延展性及结合强度的下降。
轧制是制备板材最具优势的塑性变形工艺，但随着压下量的增加，材料尺寸相应减小，材料的总应变量将受到限制。在 ARB 加工过程中，当每次轧制压下量文持在 50%的时候，板材轧制过程中产生的宽度变化可以忽略，因而可获得高塑性应变并保持材料的几何形状不发生变化。
然而，ARB 工艺存在一个较大的问题即材料裂纹现象。由于在轧焊过程中产生极大的累积塑性应变，导致板材尤其是多次循环轧焊后产生边缘裂纹。在一些材料的应用中，如 Al-Mg 合金，边缘裂纹将迅速扩展到板材中央，从而限制了板材叠轧循环次数，同时也限制了 ARB 工艺对材料的应用。目前，采用ARB 工艺加工的材料大多为具有较好延展性及塑性变形能力的金属材料，比如纯铝、铜及铁，通过 ARB工艺对这些材料可制备出超细晶材料，同时不出现任何裂纹；对于塑性较差的金属材料，则需通过加热到较高温度以改善其塑性然后再进行叠轧，如 Mg合金。
1.2.4 层错能对晶粒细化的影响
细化晶粒是改善内部结构、提高材料服役性能最有效的途径。传统的晶粒细化处理工艺虽可成功地将晶粒细化到10微米的数量级，但很难进一步将其细化到1微米以下，于是提出了各种新的晶粒细化工艺，其中等径角挤压工艺(ECAP)是目前被认为细化常规材料至亚微米级甚至纳米级最具有工业化应用前景的技术之一。其工作原理是通过挤压使材料连续不断地产生剧烈剪切变形，以获得亚微米级甚至纳米级材料，来提高材料的综合性能[24]。
塑性变形的实质是孪生和位错运动。金属剧烈剪切变形时，应变协调机制与晶体结构及层错能密切相关。面心立方结构是以密排面{111} ABCABC…顺序堆垛而成，若晶面的正常堆垛顺序遭到破坏，即出现层错。层错在晶体中几乎不产生晶格畸变，但它能使传导电子产生反常的衍射效应，从而使能量增加，这部分源自于电子能的能量为层错能。通常，把产生单位面积层错能所需的能量称为“层错能”。在密排结构中，层错仅破坏了原子的次近邻关系，并没有破坏原子最近邻关系。金属中出现层错的概率与层错能密切相关，层错能越高，出现层错的概率越小。
体心立方晶格类型的金属材料，其层错能都很高，一般不产生层错，很容易产生交滑移。交滑移的结果使晶内的滑移带弯曲，弯曲的滑移带连续地分割晶粒，使晶内位错界面不断大量形成，滑移带长度逐渐减小，宽度逐渐增加，即位错墙增厚，并诱导动态连续再结晶形成，使晶粒得到细化。
金属层错能越高，剧烈剪切变形时交滑移作用越大，晶粒细化的速度也越快。体心立方结构的钢在等通道角挤压四道次后可获得均匀的超细晶粒组织，而面心立方结构的铜挤压八道次后才可获得均匀的超细晶粒组织。对于体心立方金属的研究，将是本课题研究的一个问题。