等徑角擠扭工藝(Equal channel angular pressing and torsion, ECAPT)是在等徑角擠壓法和擠扭法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型大塑性變形技術(shù)。由于螺旋通道的存在，它實(shí)現(xiàn)了“一次擠壓，兩次剪切”的復(fù)合變形目的，材料的應(yīng)變累積效果和變形均勻程度均可得到明顯改善。此外，由于坯料橫截面尺寸和形狀在每道次變形前后均不發(fā)生變化，也為進(jìn)行多道次ECAPT變形提供了可能性。
工程裝備檢測(cè)與控制實(shí)驗(yàn)室在自行計(jì)的等徑角擠扭模具上進(jìn)行了A路徑下純鋁粉末材料4道次等徑角擠扭變形，制備出組織和性能優(yōu)良的塊體超細(xì)晶鋁。變形溫度為200℃，擠壓速度為1mm/s。此外，為減小變形過(guò)程中變形坯料與模具內(nèi)壁之間的摩擦，全程采用MoS2-石墨復(fù)合潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑。變形后坯料整體完好，表面質(zhì)量較好，未出現(xiàn)裂紋、斷裂、破壞等現(xiàn)象。
坯料變形的均勻程度直接決定變形材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的均勻性，進(jìn)而影響材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。為保證所獲取的超細(xì)晶材料組織穩(wěn)定、性能優(yōu)越，并具有工業(yè)使用價(jià)值，應(yīng)盡可能地提高試樣的變形均勻性。分析表明，隨著變形過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行，等效應(yīng)變的分布梯度不斷減小，坯料的整體變形均勻性顯著提高。4道次變形結(jié)束時(shí)，除去靠近試樣上下表面的邊緣部分，變形坯料內(nèi)部主要變形區(qū)域內(nèi)的等效應(yīng)變分布呈現(xiàn)較為均勻的狀態(tài)。這是由于等徑角擠扭工藝螺旋通道的存在，坯料每道次變形后，空間位置都相對(duì)于前一道次旋轉(zhuǎn)了90o，因此，4道次等徑角擠扭變形后，坯料完成了一個(gè)周期360o的旋轉(zhuǎn)，各個(gè)平面均同時(shí)受到了剪切變形作用，變形均勻程度大大提高。
檢測(cè)表明，ECAPT工藝對(duì)純鋁粉末材料具有極強(qiáng)的致密效果。材料致密程度的改善在單道次ECAPT變形后最為明顯，坯料主要變形區(qū)內(nèi)的大量微孔隙已基本消失。隨著變形道次的增加，殘余孔隙的數(shù)目和大小不斷減少。經(jīng)3道次ECAPT變形后，坯料整體已接近于完全致密，4道次ECAPT變形后，坯料的相對(duì)密度達(dá)到0.99757。材料致密程度的提高主要?dú)w因于較大的塑性剪切應(yīng)變和較高的靜液壓力。在這兩個(gè)有利因素的雙重作用下，殘余孔隙不斷地收縮、減小，最終實(shí)現(xiàn)有效焊合。透射電鏡觀察表明，經(jīng)1道次ECAPT變形后，材料內(nèi)部形成大量位錯(cuò)胞；經(jīng)4道次ECAPT變形后，變形組織的取向性消失，胞壁上的位錯(cuò)纏結(jié)也被平直而清晰的新界面取代，小角度晶界逐漸向大角度晶界轉(zhuǎn)化，最終在材料內(nèi)部形成了大量尺寸細(xì)小、分布均勻且具有大角度晶界結(jié)構(gòu)的等軸超細(xì)晶組織，平均晶粒尺寸約為600nm。
力學(xué)測(cè)試表明，由于晶粒細(xì)化程度的不斷增大，材料的強(qiáng)度得到提高，經(jīng)4道次ECAPT變形后，純鋁的抗拉強(qiáng)度高達(dá)123.3MPa。顯微硬度也隨著ECAPT變形累積應(yīng)變的增加而增加，1道次變形后增幅最為明顯。隨著擠壓道次的增加，試樣的硬度逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)ECAPT變形至4道次時(shí)，顯微硬度約為48.5HV。