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制备块体纳米／超细晶材料的大塑性变形技术／赵新等·5·

制备块体纳米／超细晶材料的大塑性变形技术

赵新高聿为南云荆天辅

(河北亚稳材料制备技术与科学重点实验室，燕山大学材料科学与工程学院，秦皇岛066004)

摘要综述了采用SPD技术制备块体超细晶(UFG)和纳米晶(NC)材料的几种新方法，如等通道角挤压、高压
扭转、多向锻造、多向压缩、板条马氏体冷轧法、累积轧焊法、冷拔、反复弯曲平直法等，分析了采用这些工艺制备的块
体纳米材料所共有的微观组织特点。着重阐述了SPD技术的研究进展。
关键词大塑性变形块体纳米／超细晶材料微观组织

SeverePlasticDeformationMethodsforBulkNan0structuredMaterials

ZHA0XinGAOYuweiNANYunJINGTianfu

(KeyLab．ofMetastableMaterialsScienceandTechnology，Hebei；DepartementofMaterials
ScienceandTechnology，YanshanUniversity，Qinghuangdao066004，P．R·China)

AbstractSeveralnewSPDmethodsforbulknanostructuredmaterials，suchasEqualChannelAngular
pressing，HighPressureTorsion，Multi—forging，Multi—axialCompression，SevereCold—roilingoflathMartensite，Ac—

cumulativeRoll—bonding，ColdDrawingandRepetitiveCorrugationandStraighteningarereviewedinthispaper．The
microstructurecharacteristicsofbulknanostructuredSPDmaterialsareanalysed．Emphasisisplacedonadvancesin

SPDmethods．

Keywordssevereplasticdeformation，bulkuhrafine—grainedandnanocrystaUinematerials，microstructure

SeverePlasticDeformation(SPD)是一种大塑性变形技术，93(等效应变为3．2)的冷轧+低温再结晶退火后，制得平均
具有强烈的细化晶粒的能力，甚至可以将晶体加工成非晶体[】]。晶粒尺寸小于50nm的低合金钢板，与HRT相比大大降低了工
上个世纪9O年代初，俄罗斯Ufa州州立大学高等材料物理研究艺变形量【7]。在加工变形抗力较大的材料时，低温加热也被普遍
所的R．Z．Valiev领导的研究小组开始采用等通道角挤压法采用。这些研究进展促使SPD技术被广泛应用于制造块状纳米
(ECAP)和高压扭转(HPT)两种SPD工艺制备纳米晶金属]。材料领域。如有色金属n、黑色金属“]、合金[17420]~半导本材
当时Valiev给出了SPD工艺应满足的多项条件，其中主要有：料[2]、复合材料[9钉等。这些UFG和NC材料是由块体粗晶
相对低的变形温度；大塑性变形量；变形体内承受高压。在这一材料经不同SPD工艺制备的，尽管其组织细化机制有所不同，
原则的指导下越来越多的SPD工艺方法被开发出来(见表1)。但用多种显微分析手段分析发现，该类材料具有界面清洁、结构
其中高压扭转法(HPT)最符合Valiev提出来的工艺原则，细化致密的特点。因此块体纳米SPD材料不仅可以为科学研究提供
晶粒的能力也最强。在室温、5GPa高压的条件下，NiTi晶体经性能稳定的大尺寸试样，而且可以直接制成商用结构件[1。目
等效应变为5的HPT加工后，出现了完全非晶化的组织。新近前，美、俄、德、日等发达工业国家纷纷出资支持该技术的基础研
开发的板条马氏体冷轧法(MsCR)采用板条马氏体、下贝氏体究，日本、韩国的一些大型钢铁企业还开展了相应的应用研
或粒状贝氏体等过饱和固溶体作为初始组织，经过相对压下量究。

表1制备块体纳米／超细晶材料的SPD工艺方法

*应变量计算方法见第1节中的各小节

*国家自然科学基金(钢铁联合基金50271060)及河北省自然科学基金(503291)资助项目
赵新：博士生E—mail：[e-mail]

·6·材料导报2003年12月第17卷第12期

甚至在NiTi中出现了完全非晶化现象，这说明HPT细化晶
1SPD工艺方法
粒的能力非常强大。

1．1等通道角挤压法(E