管状材料的高压切变实验研究+文献综述(2)
纳米组织应是主要含有大角度晶界颗粒型的超细晶组织，因此采用SPD 法制备大体积超细晶材料必须满足以下要求[4]：
1）能够在材料内部获得具有大角度晶界的超细晶结构。只有这样，材料的性能才能出现质的变化。
2）整个试样中的超细晶结构应该是均匀的，这是获得稳定性能的必要条件。
3）试样虽然经历了剧烈的塑性变形，但是试样不应有机械损伤或裂纹。
1.2 SPD技术需满足的条件
俄罗斯Ufa航空技术大学的R.Z. Valiev领导的研究小组认为，采用SPD方法制备超细晶材料应满足多项条件，其中主要有：相对低的变形温度；大塑性变形量；变形体内承受高压。在这一原则的指导下越来越多的SPD工艺方法[5]。绝大多数研究表明，静水压力对材料的塑性变形是有利的。
静水压力使晶间变形困难：静水压力能够强化晶界，约束晶界运动，使晶间变形困难，有效避免或者减少了由于晶界滑移和晶粒转动造成晶间联系被破坏而开裂的现象，从而使得材料的塑性变形能够更加充分地进行[6]。
静水压力有利于微裂纹等材料损伤的愈合[7]：要使微观缺陷愈合，必须在施加静水压力的同时，对材料进行塑性变形。塑性变形的目的是使一部分金属相对另一部分发生剧烈的位移。在压应力作用下，缺陷的一般愈合情况如下：外部压力，一方面抑制裂纹张开，另一方面因缺陷相对表面间越来越多地出现接触桥而阻碍裂纹的生长。由于接触点处有很高的接触应力以及互扩散的作用，缺陷发生“自愈合”，金属得以恢复其完整性。
静水压力能抑制材料中原先存在各种缺陷的发展：I. E. French和P. F. Weinrich在文献[8]。中在对铝的拉伸断裂机制的研究中发现，在对商业纯铝的拉伸试验中引入静水压力后，由于附加静水压力对孔洞的长大与合并明显的抑制作用，使得拉伸断裂的机制发生明显变化。在常压下对金属铝进行的拉伸试验，可观察到双杯状断口，双杯断裂是孔洞的长大与合并引起的。当金属铝在150MPa的静水压力下进行拉伸时，试样在断裂前发生了更加充分的塑性变形，断口形貌为凿形，没有观察到明显的孔洞长大与合并。静水压力作用下，孔洞的长大与合并难以发生，试样在剪切作用下通过颈缩最终导致断裂。断裂机制在静水压力作用下发生了改变。
静水压力的晶粒细化作用：在静水压力作用下变形时，位错主要排列成位错墙，构成类似多边形的胞状亚结构，亚结构内部的位错很少。构成胞状结构边界的位错墙的形成过程取决于位错的攀移。静水压力条件下，缩小半平面的力在对刃位错起作用。其结果，位错运动加速进行，并且出现排列成墙的倾向。因为压应力作用下，单位长度位错的能量增大，排列成位错墙在能量上更加有利，胞状亚结构的进一步发展将在晶粒内部形成一个个的亚晶粒，为形成微晶甚至纳米晶组织结构创造了条件[9]。
细化晶粒对于多晶材料来说，也在一定程度上对其塑性的提高有利。因为在一定体积内，细晶粒金属的晶粒数比粗晶粒金属的多，故塑性变形时位向有利的晶粒也较多，变形可以比较均匀地分散到各个晶粒上；又从每个晶粒的应变分布来看，细晶粒条件下晶界的影响区域相对更大，使得晶粒心部的应变和晶界处的应变差异减小。由于细晶粒金属的变形不均匀性减小，由此引起的应力集中必然也较小，内应力分布较均匀，因而金属断裂前可承受的塑性变形量就较大。所以，静水压力对材料晶粒细化的有利作用也间接提高了多晶材料的塑性。
1.3 SPD工艺
根据前面提到的SPD技术需满足的三个条件，SPD得到了迅猛的发展。目前，SPD技术主要有等径角挤压（Equal Channel Angular Pressing，ECAP），高压扭转（High Pressure Torsion，HPT）和累积轧制 (Accumulative Roll-Bonding，ARB) 等[10-18]。