南京理工大学机械工程学院 南京 210094

1 研究背景

大塑性变形具有强大的晶粒细化能力，可使多晶材料的内部组织细化至亚微米级甚至纳米级，成为超细晶材料［1］。超细晶材料因自身独特的微观组织结构而具有高强度、高硬度和耐磨性，同时具有良好的塑性和韧性。这些性能使超细晶材料在航空、宇航、军工及轨道交通工具等领域的应用日益广泛。大塑性变形是制备超细晶材料的有效技术，设计新型大塑性变形工艺一直是各国材料工程研究的热点，也是国际材料领域竞争最激烈的课题之一［2］。

超细晶材料制备中常见的大塑性变形工艺是等径角挤压工艺和高压扭转挤压工艺。等径角挤压工艺受加工棒料尺寸的限制，且在经受剧烈剪切变形时棒料表面结构经常受损，甚至出现断裂。加之挤压过程中温升与耗能较大，材料利用率及生产效率都相对较低，等径角挤压工艺的产业化没有明显优势［3-4］。高压扭转挤压工艺需要借助扭转装置提供扭转动力，在设备设计及设备操作上很烦琐，并且经过查阅文献及多次试验分析后发现，高压扭转挤压工艺得到的产品，其性能尚未达到理想的效果［5-6］。

针对上述不足，为探索大塑性变形技术挤压工艺产业化应用的可能性，笔者设计了螺旋挤压工艺。螺旋挤压工艺是一种新型的大塑性变形技术挤压工艺，改进了传统挤压模，采用了特别设计的螺旋滑道，在挤压的同时引入特殊的扭转应变，并且模具不需要扭转。……