ECAP的原理如图1。1所示，模具由两个截面积相同的通道交叉组成，记其内角为Φ，外角为Ψ。试样在压力的作用下由一个通道流向另一个交叉的通道，试样在通道交叉的拐角处受到剪切应力，发生剪切变形，其每道次积累的等效应变量可由公式(1)计算[5]。试样变形前后其横截面积和形状的尺寸基本不发生改变，可以通过多道次的变形积累高的应变量。

                      （1）

在上述式子中取内角为Φ=90°，外角为Ψ=20°，则计算得出每道次的等效应变量εN≈1。

图1。1  等径角挤压变形示意[6]

图1。2  变形方式示意图

    在ECAP中，试样每次变形时，挤压道次之间试样的放置方向和旋转角度对最终得到的组织和性能有很大的影响[7]。主要有以下四种方法，如图1。2所示：

A方式:每道次变形后，试样不旋转，直接进行下一道次的ECAP变形。

C方式:每道次变形后，试样旋转180°后，进行下一道次的ECAP变形。论文网

Ba方式:每道次变形后，试样旋转90°进入下一道次，旋转方向交替变化。

Bc方式:每道次变形后，试样旋转90°进入下一道次，但旋转的方向不变。

1。2。2  高压扭转变形（HPT）

    高压扭转变形(High pressure and torsion , 简称HPT）可以追溯到上世纪40 年代Bridgman 教授提出如果可以将一根棒材在扭转变形的同时对其施加压力，则可以将棒材扭转更大的角度而不引起断裂[8]。上个世纪80 年代，HPT 方法被俄罗斯专家们得以运用，他们成功地运用了HPT 的方法，使很多金属和合金发生变形并发布了所得的成果[9~12]，之后 HPT 方法被逐渐应用到制备块体纳米材料上来。

HPT 的原理如图 1。3 所示[13],将圆盘状的样品放在上下两个模具之间，在室温或者一定温度下，利用模具对样品施加几个GPa 的静水压力，同时下面的模具对样品进行扭转。高压扭转变形该变形过程中的等效应变可以用以下的公式 (2)来计算[14]：

式 (2)中N 为模具旋转的圈数，r 对应试样上所处位置的半径，h 为试样的厚度。其Von Mises 等效应变可由式 (3)进行计算：

HPT 法能够有效地细化晶粒，试样的直径通常在10-20 mm之间，厚度为 0。2-1。0 mm [15]。目前，高压扭转法已成功的应用于纯铜[16]、纯镍[17]、纯钛[18]、铝及铝合金[19]以及NiAl、Fe3 Al 和 NiTi 金属间化合物[20]等材料的细化。

图1。 3  高压扭转变形示意图[13]

1。2。3  复合轧制（ARB）

复合轧制（Accumulative Roll-Bonding,简称ARB）技术是1998年Saito等人[21]在对传统冷轧工艺进行改进的基础上发展出来的。其工作原理如图1。4所示[22], 将表面经过脱脂钢刷处理的两块板料叠合在一起，在室温或者一定温度下轧制成一块板料。当将压下率设置成50%时，轧制完成后，合二为一的板料长度为之前的两倍，从中间将其切断，则又得到两块与轧制之前尺寸一致的板料。虽然板料尺寸没有改变，但此时板料内部的组织得到显著的细化。理论上来说，可以如图1。4这样，无限地叠合、轧制下去，前提是材料不出现裂纹。

相较于传统的冷轧工艺，ARB技术的优点在于可以在不改变板料尺寸的情况下，对板料的组织进行细化。使用此技术的材料一般是有良好的延展性，塑性成形能力较好的金属材料。对于塑性成形能力较差的材料，可以在一定温度下进行复合轧制。

图1。4  复合轧制示意图[22]

1。3  材料力学行为及其热力学参数