目前，已经研究及采用的剧烈塑性变形工艺包括：反复镦压（Cyclic Channel Die Compression，简称 CCDC[2]）、往复挤压工艺(Cyclic Extrusion Compression,简 称 CEC[3])、累积叠轧工艺(Accumulative Roll Bonding，简称 ARB[4])、高压扭转工 艺(High Pressure Torsion,简称 HPT[5])及等通道转角挤压工艺（Equal Channel Ang ular Pressing,简称 ECAP[6]）等。应用大塑性变形技术，已经成功地制备了各种纯金 属、合金以及非金属材料如陶瓷等的超细晶材料。

在众多的剧烈塑性变形工艺中，比较理想的一种剧烈塑性变形工艺是高压扭转 工艺(High Pressure Torsion,简称 HPT)。高压扭转的原理是在试样的轴向施压压力的 同时，又在试样的周向施加一个扭矩，使得试样同时受到轴向的压缩变形和周向的 剪切变形，从而加剧试样的塑性变形[7]。高压扭转的工艺类型包括非限定型高压扭 转、限定型高压扭转和半限定型高压扭转三种类型，如图 1-1 所示。与镦粗变形相 比，高压扭转工艺能够有效降低附加应力，使得试样变形更均匀，材料的变形抗力 更低，以及变形量更大等优点。而与其他剧烈塑性变形加工工艺相比，高压扭转工 艺得到的晶粒尺寸是比较小的，晶粒的取向差也比较小，加工硬化基本消除，得到的试样组织和性能更优良，强度硬度较高、塑性韧性较好、耐磨性较好等。目前， 研究者们采用高压扭转工艺，已成功地制备了铜、铝、镁等众多纯金属及其合金的 超细晶材料。

图 1-1 高压扭转的三种类型

（a）非限定型高压扭转；（b）限定型高压扭转；（c）半限定型高压扭转

1.2 国内外高压扭转的研究现状

1.3 选题的目的和意义

随着研究的不断深入，研究者们对高压扭转的认识也不断提高。高压扭转工艺 是剧烈塑性变形工艺中综合力学性能最好的工艺之一。然而，高压扭转工艺得到的 试样尺寸较小，变形区区域小，在很大程度上，使得高压扭转的应用受到制约。因 此越来越多的研究者对高压扭转工艺进行研究并提出的改进方法进行试验，希望得 到较大变形区域的试样，克服高压扭转对试样尺寸的限制。

旋转挤压工艺作为新的一种复合塑性加工工艺，具备了常规挤压工艺和传统高 压扭转的优点。同时，旋转挤压工艺能够减小常规挤压克服有害摩擦做功所带来的 能量损失。此外，旋转挤压能够得到一个稳定的变形区，且变形区域较大，而这一 点正是高压扭转所不具备的。研究棒材毛坯的旋转挤压工艺能够有效解决常规挤压 因金属流动不均而产生的附加应力问题和变形“死区”问题。而且，棒材作为最基 本的工件，是研究新工艺的理想工件。

旋转挤压的工艺参数对旋转挤压工艺的影响规律、旋转挤压过程的金属流动问 题、旋转挤压过程中应力和应变的分布和变化以及旋转挤压工艺过程中挤压模扭矩 的变化问题都是复杂的问题。特别是复杂形状毛坯的旋转挤压加工，模具就得复杂 化，毛坯的受力状态更加复杂，这些都是非常复杂的问题。但这些对旋转挤压工艺 来说，却有着重要的现实意义。采用有限元软件 DEFORM-3D 模拟棒材件的旋转挤 压工艺加工过程，能够减少模具的调试周期和成本，并且得到可视化的、具有研究 价值的模拟结果。

1.4 本课题主要研究内容

本课题主要研究内容有以下几个方面：

（1）利用 Deform 软件对旋转挤压工艺过程进行数值模拟，分析旋转挤压过程 中等效应变的变化规律、应力和应变的分布状态，以及行程与载荷的曲线变化；

（2）利用 Deform 软件完成不同工艺参数如挤压模转速、凸模压下速度、摩擦 因子、挤压比、挤压模锥角及背压力等的旋转挤压成形过程的数值模拟，分析不同 工艺参数对旋转挤压的影响；