图 1-1  高压扭转工艺基本原理示意图（a）非限制型；（b）限制型；（c）半限制型

1。3。2  高压扭转的发展

在上世纪 40 年代，美国哈弗大学的一位名叫 Bridgeman 的教授在发表某篇论 文首次简要提出了高压扭转之基本概念[8]。引起了很多相关学术界的关注，并且掀 起了一股高压扭转的研究热潮。

20 世纪 50 年代末，前苏联学者 O。 A。 Гauraro 等人进行了有关高压扭转变形工 艺的理论研究和实验，然后简化了高压扭转的变形过程，将其简化为两个剪切变形 量之间的关系，认为应在变形的过程中保持相应的截面平整且整体转动，从而的到 的最终结果可以相对粗略地解释能够对高压扭转变形工艺有所影响的因素以及该 工艺与普通镦粗变形的一些差异，将镦粗变形过程中所产生的不利摩擦转变为有益 摩擦，这一点对加工工艺有着非常积极地推动作用[9-10]，同时将这项工艺逐渐推广 到了实际生产中。

到了 20 世纪 80 年代，高压扭转法这一原理被俄罗斯学者们应用到了金属大塑 性变形工艺中，并且通过一定的理论推导，得到高压扭转应变的一般公式[9]。

到 20 世纪 90 年代，俄罗斯学者 R。 Z。 Valiev 等人对高压扭转变形工艺进行了一 定的改进，然后将工艺应用与研究材料的大塑性变形后组织变化情况以及大塑性变 形后引起的相变。其研究结果显示，高压扭转成形工艺被应用于材料之后，大角度 晶界的均匀的纳米级结构晶粒会在其内部形成，并且该材料的性能发生了质的变化到了 21 世纪，在晶粒细化、将粉末固结以及通过压力变形诱导而产生的相变等各个方面，高压扭转成形工艺得到了非常全面的发展。

1。3。3  高压扭转工艺的影响因素

（1）摩擦系数 摩擦系数在高压扭转过程中是一项非常重要的参数，摩擦系数 的大小对摩擦力的大小有着直接的影响，以此来影响试样的变形程度。韩国的学者 Hyoung Seop Kim 等人运用有限元工具 Abaqus 以及 Deform 对高压扭转过程进行模 拟，前者取摩擦系数为 0。1 后者设定摩擦状态为粘着状态。合肥工业大学任教的薛 克敏教授提出：为使工件受到的扭矩作用比较大，要增大端面之间的摩擦。实验中 为增大摩擦，采取在模具端面加工出田字形沟槽[12]。关于在高压扭转过程中摩擦系 数大小，国内外并没有统一的说法，但相对较大的摩擦系数对高压扭转变形过程是 较为有利的。文献综述

（2）坯料的高径比 在高压扭转的变形过程中，变形的产生是通过模具和坯料 的主动摩擦而产生的，坯料的端面变形量最大，因此如果坯料的高径比太大会让变 形难以传递到坯料内部，在高度方向的变形就会变得不均匀。国内外研究高压扭转 实验过程使用的坯料高径比大多为 0。2 以下。

（3）扭转速度 在高压扭转过程中，模具的扭转速度对其也有一定影响，澳大 利亚学者 A。 Vorhauer 等人用应变速率来表示模具扭转的速度，对工业纯铁施加 2。5103 s1和6。5102 s-1 的应变速率然后进行高压扭转实验，研究表明在后者速率下 得到的晶粒尺寸会比较细小，扭矩较大，不过差别不是很大[13]。

（4）压力 压力在高压扭转的过程中也是一个重要的参数。国外的很多研究学 者在研究高压扭转的过程中都对压力对其的影响进行了一定的研究并且达成了共 识，在高压扭转过程中，在其他参数相同的情况下，压力越大，晶粒细化就越显著， 一般高压扭转过程的压力为 1GPa 或以上。

（5）温度 温度对高压扭转的过程影响比较大。在温度较低的情况下，变形抗 力相对较大，加工硬化显著使得塑性变形相对难以进行，而由于再结晶的作用不强， 塑性变形又相对容易积累；反之温度较高时，变形量显著增加促使晶粒细化，如果 温度过高，虽然塑性变形变得容易，但是再结晶作用也会变得特别强烈而使得塑性 变形难以积累。澳大利亚学者 A。 Vorhauer 等人在对工业纯铁在 20~450℃高压扭转 过程进行研究中的到如下结果：温度升高，平均的晶粒尺寸会增大。俄罗斯学者 R。 Z。 Valiev 等人对纯钛在 70~450℃高压扭转研究，结果显示：在 70~300℃之间，