1.3 大塑性变形简介

大塑性变形工艺可以这样定义: 在金属的成形过程中将超大塑性应变应用于一定体积的金属中以获得超细晶材料的过程。与传统细晶强化的区别是把大塑性变形量施加于材料本身，根据具体实验的加工路径和加工条件，当材料晶粒小到一定程度之后(特别是晶粒达到亚微米及纳米尺度之后)，起强化用的往往并不单纯是细晶强化一种强化机制，而是多种强化机制共同参与作用，因此，大塑性变形有更高效的强化作用。现在最流行的有色金属材料是纯铝和铝合金，他们在现代社会中扮演着非常关键的角色[1,2]。因为他们拥有的优异性能，如重量轻，高弹性模量，良好的耐腐蚀性，优异的机械性能同时还有良好的成形性能，所以他们能够广泛应用于汽车和航空行业中[3,4]。在最近几年，全球科学家已经努力在用亚微米甚至纳米大小的晶粒来制造块状材料，因为晶粒细化在改进材料机械性能上起着非常显著地作用。[5,6]。有几种技术能把材料加工成超细晶粒(UFG,100-1000nm)和纳米晶结构(NC,小于100nm)。为了生产UFG和NC材料，有两种不同方法正在使用，分别是自上而下还有自下而上的方法。在自下而上的方法中，UFG/NC材料通过组合单个原子或者是合并纳米颗粒固体来制造。惰性气体冷凝，电沉积和球磨后再巩固是这些技术的一些例子[11,12]。在实践中，这些技术的缺点在于要制作非常小的试样。而自上而下的方法则不一样，因为它有使用相对粗晶粒尺寸的块状固体的可能性和通过强应变和冲击载荷加工同样的材料来制造一个UFG微观结构的可能性[13-17]。这种方法有着避免小产品尺寸和污染物的优点，而这些是用自下而上的方法做出材料所拥有的特征。自上而下的方法包括七种大塑性变形（SPD）技术[18,19]。SPD能这样解释：通常在再结晶温度以下，没有能形成UFG/NC结构的中间热处理的大应变变形。一个较为全面的对SPD加工历史的回顾显示这种一般的概念可以追溯到2000多年以前[21,22]。在那时，波斯（伊朗）和中国当地的工匠们发明了一种新技术用于铸剑的金属。这种金属要反复锻造（用锤子）和折叠形成高强度金属。该方法后来被其他国家用来铸剑，如印度和叙利亚。需要注意的是，尽管这些技术很容易就传播到整个亚洲，但这项加工技术的基本原则缺乏科学严谨性。在实践中，文献综述由于后来的成熟的分析工具发展，详细组织检查才成为可能。SPD工艺可以用主要由大角度晶界隔开的细化晶粒制作材料，通过使用大量的塑性应变维持样品的外部尺寸在不同的周期保持不变。[24,25]。至今为止，一些SPD技术例如等通道转角挤压(ECAP)[26]，高压扭转(HPT)[27],和累积叠轧(ARB)都已经得到了发展。累积叠轧(APB)[28]是由本文作者提出的新的大塑性变形方法[29-31]。APB的基本目标就是在材料上施加一个非常大的塑性应变，从而细化结构和改善机械性能。本研究的目的是评估在APB过程中微观结构的变化，机械性能和AA1050纯铝断口。

1.4 大塑性变形常用工艺简介

1.4.1 等径角挤压(equal-channel angular pressing, ECAP)

ECAP[10-11]作为最早的SPD工艺，图1(a)为ECAP的原理示意图。为内径角的角度，为外径角的角度。其原理是利用一个互成一定角度的径角来挤压金属，给试样以 45°方向的纯剪切应力，以获得大的塑性变形，见图1(b)。目前，基于 ECAP改进的大变形工艺还有图2所示的几种等。