对于高压扭转工艺及其改进方案,研究者们做了大量的研究。宋月鹏等[8]采用有限元模拟软件ANSYS纯铜的高压扭转工艺并进行实验,结果发现,高压扭转不能得到较大变形区的原因是高压扭转试样纯同样存在着变形“死区”,不能得到组织性能均匀的超细晶材料,只有一小段材料晶粒得到细化。王久林等[9]则通过有限元软件DEFORM-3D模拟变截面杯形件的高压扭转挤压工艺,结果表明,采用变截面杯形件模拟时,转速越大得到的等效应变分布更好,并且变形量更大。李峰等[10]则提出可以采用旋转挤压法(RotationalExtrusion,简称RE)来改进高压扭转法,并采用有限元模拟软件DEFORM-3D模拟了芯模旋转挤压工艺,模拟结果表明,采用芯模旋转挤压工艺能减小甚至消除材料无法流动的“死区”。白蕊等[11]则采用有限元软件模拟了杯形件的旋转挤压工艺,结果显示,与传统挤压工艺相比,采用旋转挤压工艺得到的杯形件壁厚更均匀,应变值更大,分布更均匀。武海燕等[12]则采用有限元软件模拟管材件的旋转挤压工艺,结果表明,与传统挤压工艺相比,旋转挤压工艺过程管材的金属流动性更强,得到的管材表面缺陷减少、壁厚更均匀,等效应变的值更大并且分布更均匀。
相比与国内,国外研究者对研究高压扭转及其改进方案的研究则更早更多,并且不断提出更多新的高压扭转的改进方案并进行研究。Hohenwarter等[13]采用累增高压扭转工艺(IncrementalHighPressureTorsion,简称IHPT)改进了传统高压扭转工艺,通过有限元模拟和试验,结果表明,采用累增高压扭转工艺可以得到高度为70mm、直径为50mm的试样,并具有高强度硬度、高塑性韧性和高耐磨性等优良性能,突破了传统高压扭转所得试样的极限尺寸。Yu.Ivanisenko等[14]提出用高压扭转挤压工艺(HighPressureTorsionExtrusion,简称HPTE)改进传统的高压扭转工艺(其模具结构和运动过程如图1-2所示),采用直径为12mm、高度为35mm的纯铜试样(这样的尺寸对于传统高压扭转来说过大,采用传统高压扭转工艺根本无法进行实验),并将试样做成带锥角的,通过锥形结构使材料处于静水压力状态,从而使得试样变形更充分,采用有限元软件模拟与试验相结合的方法,结果表明,采用高压扭转挤压工艺可以得到显微硬度高达120Hv、晶粒尺寸为350nm的纯铜试样。
KavehEdalati等[15]从连续挤压技术和连续包覆技术中得到启发,提出可以采用连续高压扭转法(ContinuousHighPressureTorsion,简称CHPT)来改进传统的高压扭转工艺,并进行模拟和试验,结果表明,采用连续高压扭转工艺可以得到结构和组织性能一致且具有高强度硬度、高塑性韧性的超细晶材料,而这正是传统高压扭转工艺所得不到的。MahdiEskandarzade等[16]在累增高压扭转工艺的基础上提出单向累增高压扭转工艺(Single-taskIncrementalHighPressureTorsion,简称SIHPT)来改进传统的高压扭转工艺(其模具结构和运动过程如图1-3所示),依次增加转动单元(图1-3中的“steppers”)的数量,从而依次增加了试样所受剪切力的数量,通过试验,得到结果表明,采用单向累增高压扭转挤压工艺得到更加均匀的组织和性能、屈服强度可达400MPa的纯铜试样,并且晶粒取向差更小、晶粒尺寸更小、大角度晶粒含量更多。
此外,S.Khoddam等[17]人在传统高压扭转的基础上通过对高压扭转的模具和试样进行改变而提出了一种新的方法来研究高压扭转,这种新方法称为高压扭转圆柱段法(HighPressureTorsion-CylindricalSegment,简称HPT-CS),其模具结构和运动过程如图1-4所示。通过试验,结果表明,高压扭转圆柱段法得到的试样的变形程度比传统高压扭转的变形程度大,试样材料的应变比传统高压扭转的应变大,晶粒内部位错运动更剧烈;通过测量晶粒尺寸和硬度发现,高压扭转圆柱段法得到的晶粒尺寸更小、硬度值更高;通过扫描电镜观察高压扭转圆柱段法后得到的试样晶粒更细。