图 1。4 四种不同变形方式的剪切特征[19]

1。3 ECAP 变形带来的组织变化

在 ECAP 变形过程中，材料的晶粒内部以及晶界处都会发生变形。在低温条件下，晶界 强度大于晶内，因此最初的形变主要发生在晶粒内部。然后变形不断发生，随着变形量的增 大，晶界也将通过滑动和转动的过程来实现变形。

1。3。1 晶粒细化

ECAP 所带来晶粒细化的机制主要有以下三种：形变诱导晶粒细化、热机械变形细化晶 粒和形变组织再结晶导致晶粒细化[20]。其中，形变诱导晶粒细化最主要的细化晶粒方式。在 通常的理论中，我们认为，在变形的过程中晶粒中的位错发生增加，从而提高单位面积中的 位错密度，然后这些位错不断的发生缠结，从而形成位错胞，产生胞状组织。继续变形以后， 胞状组织将继续发生变化，从而形成亚晶粒，如果变形继续发生，刚形成的亚晶粒将会转变 成新的晶粒[20]。

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1。3。2 大角度晶界

在研究 SPD 工艺时，一般认为相邻晶粒的取向差大于 15°的晶界是大角度晶界[20]。参考 以前的文献资料可知，在 ECAP 变形过程中，晶粒内部和晶粒之间会发生旋转，逐渐形成大 角晶界。Rybin[21]认为经过剧烈塑性变形后，形变诱导晶界的最大晶界取向差可以由式(1-2) 计算文献综述

式中：a 和 0 是常数，可通过实验测得；为材料应变总量；0 可以视为临界应变量，大 于该数值时应变将会产生亚晶结构。公式(1-2)表明随着形变量增大，相邻晶粒最大取向差也 将会增加。因此，通过 ECAP 工艺制备的超细晶材料中将由于大应变量而形成大角度晶界。 在外力作用下，晶粒发生变形，相邻晶粒的界面处会产生大量的晶格畸变并带来位错塞 积或者空位等缺陷，这些缺陷内部存在残余的应力。而这些变形而形成的缺陷将通过退火再 结晶这一过程而发生恢复成原来的状态。当变形量比较大时，由于位错密度很大，将在晶粒 内部形成位错胞（cell）结构，通常胞内的位错密度较低而胞壁上位错高度缠结。这样的位错 胞结构在中高温回复时，通过位错滑移、攀移与多边形化，胞内的位错密度会进一步降低， 而胞壁上的位错由于重新排列和对消，变得“尖锐”起来，这个过程将使得相邻晶界的角度进 一步发生增大。也就是说在较低的温度下进行退火可以提高块体 ECAP 材料中大角度晶界所

占的比例。

1。3。3 变形织构

在塑性变形中，随着变形程度的增加，各个晶粒的滑移面和滑移方向都要向主应变方向 转动，逐渐使得原来取向杂乱的各个晶粒在空间上呈现一定程度的规律性，表现为某个取向 的晶粒占大多数状态，即产生变形织构。对于 ECAP 制备的块体超细晶材料而言，由于其变 形量很大，内部可能存在诸多剪切织构，晶粒内部的择优取向将对材料的微观组织与性能有 着很明显的影响。ECAP 材料具有复合织构的类型[22]，随着退火再结晶的进行，ECAP 产生 的剪切织构等变形织构将在新的晶粒中继承，或者形成新的再结晶织构。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

1。3。4 高道次 ECAP 纯铜的热稳定性

ECAP 处理纯铜可以有效细化纯铜晶粒，随 ECAP 道次的增加，晶粒尺寸逐渐减小，平 均晶粒尺寸从最初的 100μm 细化到 0。2~0。3μm。高道次 ECAP 变形后，在变形组织中出现大

量动态再结晶晶粒，对再结晶机制的研究表明发生的是连续动态再结晶，晶粒尺寸细小与亚 晶相当且在变形过程中均匀分布。随着 ECAP 道次增加，对纯铜（99。9%）组织性能影响具体 表现在：经过 1 道次的 ECAP 变形以后(真应变 1。15)，样品的内部将形成带有高密度的混乱 位错的剪切带，这个过程形成了以小角度晶界为主的亚晶界；随着变形的继续进行，前面形 成的剪切带也将发生破碎，产生更多的内部位错较为整齐的亚晶，从而产生大角度晶界。经 过 4 道次的 ECAP 变形将产生大量亚晶，这些亚晶的位错大部分都出现在晶界处，而内部却 几乎没有位错，在相邻晶界中的取向差将继续上升。通过电镜的观察会发现样品中间产生了 消光条纹，这说明组织中的内应力特别高，因为消光条纹产生时，晶粒内部通常不含位错， 即在晶界上含有很强的内应力。当变形次数上升到 8 次以后，样品内部将均匀分布带有大角 度晶界的等轴晶，晶粒尺寸约为 0。2~0。3μm，等轴晶是通过亚晶旋转以后的动态再结晶过程形 成的。