图6 纯铝经过HPTT后得到的典型应力—应变曲线[15]

HPTT的设备能经由HPT设备简单改装而得到，相对较便利；并且它能合理利用轴向应力，以更小的轴向应力达到所需的应变强度等。但与此同时，为减小轴向应力，HPTT预留了一部分间隙，这会导致材料的浪费。目前HPTT试验多采用纯种试样，未来或尝试复合材料。

1。2。3  管状高压剪切（Tube High-Pressure Shearing,t-HPS）

2012年王经涛等人提出了对于多层复合材料来说在单步操作上更具潜力的方法——t-HPS[16]。

图7是t-HPS的原理图。将试样径向固定于芯轴和外环套之间，在轴向施加足够大的静水压力，这样在试样—芯轴与试样—外环之间会产生足够大的摩擦力，防止局部滑移的发生。紧接着，固定芯轴的同时转动外环套，或固定外环套的同时转动芯轴，此时在管壁内会产生一个剪切应力。图8(a)展示了高压下芯轴或外环扭转的不同变形形式，(b)则是t-HPS过程示意图。

图7 t-HPS原理图[16]

图8 (a)高压下芯轴或外环扭转的不同变形形式；(b)t-HPS过程示意图[16]

如图9(a)所示，将理想实验条件下得到的由同等体积的两个半圆状金属A（红色）和B（黄色）组成的复合金属材料作为试样，该复合金属材料的力学性能可以通过τ = Aγn测得。在经t-HPS处理1/4圈(b)、1圈(c)或5圈(d)后试样仍保持环状，然而两种金属间界面长度增加，经t-HPS处理几圈后，最初沿着径向方向的初始界面部分转变为类似螺旋线状界面，从而使复合金属试样能获得多层特征。鉴于界面延长的过程类似于迹线延长，因此将此种界面延长过程命名为界面倍增。理论上，不均等分布的双金属或三金属，甚至多金属复合材料都能通过这种方法获得层状结构[16]。

图9  AB排列方式试样的t-HPS处理后结构示意图，(a)扭转角α为0时；（b）扭转角α为π/2时；(c)扭转角α为2π时；（d）扭转角α为10π时。ABAB排列方式的示意图为（e）扭转角α为0时；(b)扭转角α为π/2时；（c）扭转角α为2π时；（d）扭转角α为10π时[16]

李政等由t-HPS实验得到如下结论：①界面长度与旋转角成正比，表面增幅与表面长度有关但并不完全相关；②t-HPS处理后沿管半径的层压板的层数Nt与初始试样内部的层数Ni有关：Nt=Ni+q，q是剪切扭转圈数。比较图10中的(a-d)与(e-h)，前一种AB结构在t-HPS处理5圈后原先的两个初始界面不断延长，最终形成具有11层的组织，后一种ABAB结构在处理5圈过后原先的四个初始界面不断延长，最终形成具有21层的组织；③如图10(d)和（h）所示，层的分布呈现出梯度，接近试样内部层的分布比外部密集[17]。这种分布梯度由t-HPS过程中的应变梯度引起，最近的研究表明梯度材料有巨大的潜力能拥有优秀的力学性能[18—20]。

1。3  课题研究的内容、目标和创新性

1。3。1  课题研究内容

本课题采用t-HPS方法制备多层金属复合管材，以铝多层复合材料为研究对象，在室温下对其进行2圈、5圈、7圈和25圈的t-HPS加工处理并对其晶粒组织和力学性能进行研究，包括以下三方面：

（1） 组织形貌分析：在不同应变量下，多层金属复合材料的微观组织和晶粒分布情况等；文献综述

（2） 力学性能分析：随着应变量的增加，多层金属复合材料的显微硬度和抗拉强度的变化，；

（3） 退火处理分析：随着退火时间的增加，多层金属复合材料的组织和力学性能的变化