超细晶纯钽的应变速率敏感性指数和塑性变形的激活体积(2)
术等技术。其中高压扭转变形(HPT)和等通道角挤压变形(ECAP)是目前研究最成
熟、最有效的剧烈塑性变形方法。
1.2.1 等通道转角挤压（Equal-channel Angular Pressing, 简称 ECAP)
ECAP最早由 Segal等人在 70至 80 年代发明， 最初的想法是要发展一种新的金属成
型技术，通过这一技术可以由简单剪切将大应变引入块体材料中，然而这一方法直到
90 年代中期由于使用 ECAP 制备出拥有新颖而卓越性能的超细晶和亚微米级金属时才
受到关注 ] 2 [
,并且从那时起，ECAP 激起了研究者们在制备超细晶组织并将之完善发展
最终应用于工业生产中的强烈兴趣 ] 3 [
。
ECAP的原理如图 1.2.1 所示，模具由两个具有相同截面的通道交叉组成，其内角记
为，外角记为 。试样在压力的作用下自一个通道流向另一个通道，试样在通道交
叉的拐角处发生剪切变形，其每道次积累的等效应变量可由公式(1)计算 ] 4 [
,式中试样
变形前后其横截面积和形状的尺寸不发生改变，可以进行多道次的变形，达到高的应在上述式子中取内角为 =90 0
，外角为 =20 0
，则计算得出每道次的等效应变量在进行多道次ECAP 变形时，根据相邻两道次间试样是否旋转可将 ECAP 方法分为四
种方式，如图1.2.4 所示 ] 6 [A 方式：每道次变形后，样品不旋转，直接进行下一道次的变形；
C 方式：每道次变形后，样品沿某轴旋转180 0
后，进行下一道次的变形；
Ba 方式：每道次变形后，样品沿某轴旋转90 0
进入下一道次，旋转方向交替变
化；
Bc 方式：每道次变形后，样品沿某轴旋转90 0
进入下一道次，但旋转的方不变。同其他制备方法相比，ECAP 有很多优点：
1）适用范围宽，在室温或者温度不高的地方将三文大尺寸块体材料的晶粒细化到
纳米级的水平，因此它可以用于多种结构材料。
2）ECAP 制备过程简单，可以在除了模具材料外的大多数合金上应用，而在实验室
条件下模具的制造也是可行的
3）ECAP 也可应用于不同晶体结构的材料，包括析出硬化合金到金属间化合物和金
属基复合材料等。
4）ECAP 加工工艺和设备可以随大样品按比例放大，为工业化金属的加工处理过程
中应用ECAP 方法创造了条件，具有工业应用的潜力。
1.2.2 高压扭转变形（High Pressure Torsion，HPT）
高压扭转的发明可以追溯到上世纪40 年代 Bridgman 教授的一篇名著“论扭转与挤
压方法的结合” ] 6 [
,文中他提出“如果可以将一根棒材在扭转变形的同时对其施加压
力，则可以将棒材扭转更大的角度而不引起断裂” 。上世界 80 年代俄罗斯专家们的工作真正推动了 HPT 方法的发展，他们成功的运用了 HPT 的方法使很多金属和合金发生
变形并报道了所得的成果 ] 10 7 [
,之后 HPT 方法被渐渐应用到制备块体纳米材料上来。
HPT 的原理如图 1.2.5 所示 ] 11 [
,将圆盘状的样品放在上下两个模具之间，在室温或
者一定加热温度下对样品施加几个GPa 的静水压力，同时下面模具进行扭转。该变形过程中的等效应变可以用以下的公式(2)来计算 ] 12 [
式(2)中 N 为模具旋转的圈数，r 对应试样上所处位置的半径，h 为试样的厚
度。其 Von Mises 等效应变可由式(3)进行计算。
3 / (3)
HPT 法能够有效地细化晶粒， 试样的直径通常是 10—20mm， 厚度为 0.2-1mm ] 13 [
。
目前，高压扭转法已成功的应用于纯铜 ] 14 [
、纯镍 ] 15 [