1.2往复挤压概述

往复挤压（CEC）[9]方法是一种新的严重的塑性变形技术。通过往复挤压可以使材料具有超细晶粒甚至晶粒纳米化，是一种提高材料力学性能的强化技术。由于往复挤压工艺具有独特的优势而得到了快速的发展。该工艺最初由M.Richet等于1979年发明，并申请了专利。J.W.Yeh等于1998年开始往复挤压工艺的研究，提出了往复挤压后可以直接成形的方法和装置，也申请了专利。机械科学研究院于2000年开展该工艺研究[10]。往复挤压工艺实用范围广泛，可以直接对不同初始状态的材料进行往复挤压工艺。往复挤压铸锭，可以直接得到块体超细晶材料，获得最佳的力学性能。往复挤压粉体，可以直接将粉体固化成均匀的块体超细晶材料，有效的消除界面氧化膜。

采用往复挤压纯铜[11]管材，具有显著的细化晶粒作用，但由于在剧烈塑性变形中会导致合金织构的演变[12]，很多情况下，细晶强化[13]和织构[14]软化并存，使得强化效果有限，如何控制织构的产生，发挥剧烈塑性变形细晶强化的作用是研究重点。

1.3管材循环变形技术原理

1.3.1管材往复挤压（TCEC）

管材往复挤压（TCEC）过程如图1-1所示。在管材往复挤压中，初始管材被放置在凹模和芯棒之间。芯棒直径等于管材样品的内径，并设计了个较厚的横截面，在芯棒和凹模之间提供了小的颈部区域，如图1-1（a）所示。然后，通过将两个端盖紧固到凹模的顶部和底部两侧，管子的所有侧面完全约束在凹模内。这些盖子以小间隙安装到芯棒上，并允许芯棒容易地在其内滑动和移动。芯棒，凹模和两个端盖之间的空间在变形期间完全限制管材试样。封闭的管材样品可以通过向下推动芯棒来处理，直到样品的所有横截面通过图中所示的颈部区域。管材往复挤压方法是一种循环过程，其中首先在处理的管的横截面从颈部区域挤出到芯棒和凹模之间，然后在经过颈部区域之后将其压缩至初始厚度如图1-1（b）。由于低摩擦和成形载荷，低成本，简单的工具和工艺操作，是TCEC方法的主要优点。

1.3.2管材循环扩口缩口（CFS）

管材循环扩口缩口（Cyclicflaringandsinking，简称CFS）[15]的工艺原理如图所示。该方法由两个半周期组成。在开始的过程中，半径为R1的初始管材放置在扩口凸模上方，如图1-2（a）所示。在前半个循环中，将扩口冲压凸模压入管中，管的半径增加到R2（图1-3）。在这一阶段，将两种剪切应变和拉伸应变施加到管上，如图1-2（b）在第二个半周期中，将管材从扩口凸模中取出，并将管材压入缩口凹模中，其中管材半径被压回其初始值R1,如图1-2（c）。在第二个半周期期间，与管材料一起施加类似于前半周期的压缩应变和剪切应变。具体来说，在这种方法中，管的截面不变，CFS具有SPD工艺的本质。可以重复CFS方法以积聚更高期望的塑性应变。由于只有管材的一侧与凸模（前半周期）或凹模（在后半周期）接触，所以摩擦力和变形力非常小。如上所述，在CFS的每个半周期期间，实现拉伸或压缩应变与剪切应变。

1.3.3管材循环膨胀挤压（TCEE）

管材循环膨胀挤压（Tubecyclicexpansion-extrusion，简称TCEE)[16]工艺的模具设计和加工管材的示意图如图1-4所示。在TCEE中，在芯棒和凹模的内表面设计了小而浅的周边凹槽。这些凹槽提供了材料可以扩展的空间。将初始管材放置在芯棒和凹模之间，然后在两个圆柱形孔之间被压缩，这导致管材在槽内的膨胀。在管材局部膨胀之后，如图1-4（a）所示，可以通过使用圆柱形冲头朝向膨胀区挤压管，从而引起循环膨胀然后挤出管材。值得一提的是，TCEE法是一种循环过程，其中