本發(fā)明涉及材料加工工程領(lǐng)域，具體是一種通過(guò)高壓扭轉(zhuǎn)劇烈塑性變形和增量加工概念相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)大塊體超細(xì)晶、納米晶金屬材料制備的疊加制造方法及裝置，主要應(yīng)用于各種金屬及合金材料，以實(shí)現(xiàn)這些材料在高靜水壓力的塑性變形和增量加工，從而控制和優(yōu)化其組織結(jié)構(gòu)，提高其性能。

背景技術(shù)：

劇烈塑性變形(severe plastic deformation，簡(jiǎn)稱SPD)方法是一系列具有大變形量的塑性加工技術(shù)的總稱。SPD方法細(xì)化晶粒效果明顯，可以將材料內(nèi)部組織細(xì)化到亞微米級(jí)、納米級(jí)甚至非晶態(tài)[R. Z. Valiev. Nature materials. 2004 (3): 511-516.; R.Z. Valiev, A. K. Mukherjee.Scripta mater. 2001(44): 1747–1750.]。與其它納米晶金屬材料的制備技術(shù)相比，SPD技術(shù)可以獲得內(nèi)部無(wú)污染，致密性高的塊體成品，這對(duì)于納米晶金屬材料性能的本征研究以及工業(yè)應(yīng)用均有重要意義。

近年來(lái)，采用SPD方法制備塊體納米結(jié)構(gòu)材料的技術(shù)受到了材料科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜摇W(xué)者們的普遍關(guān)注。與此同時(shí)，大量的研究推動(dòng)SPD技術(shù)在制備塊體超細(xì)晶、納米晶材料方面的不斷發(fā)展。俄羅斯Ufa航空技術(shù)大學(xué)的R.Z. Valiev領(lǐng)導(dǎo)的研究小組認(rèn)為，采用SPD方法制備超細(xì)晶材料應(yīng)滿足多項(xiàng)條件[R.Z. Valiev, R.K. Islamgaliev, IV. Alexandrov. Progress in Materials Science.2000(45): 103-189.]，主要包括：大塑性變形量、相對(duì)低的變形溫度和變形材料內(nèi)部高的靜水壓力。在這一原則指導(dǎo)下，人們提出并開發(fā)了各種SPD工藝和方法。

等徑角變形 (equal-channel angular pressing，簡(jiǎn)稱ECAP)和高壓扭轉(zhuǎn) (high-pressure torsion，簡(jiǎn)稱HPT)是最典型的SPD方法，在原理上均屬等量加工范疇。ECAP技術(shù)如圖1所示，采用該技術(shù)進(jìn)行超細(xì)晶金屬加工處理具有巨大潛力。但是，對(duì)于一些難加工合金（如鎂合金等），進(jìn)行ECAP經(jīng)常發(fā)生開裂，如果提高變形溫度，一方面會(huì)影響模具壽命，另一方面又會(huì)影響晶粒細(xì)化效果，變形溫度不可能無(wú)限制地提高。而且ECAP為實(shí)現(xiàn)大的累積塑性變形，需要多道次加工，操作復(fù)雜。背壓ECAP(back pressure equal-channel angular pressing，簡(jiǎn)稱BP-ECAP)即在模具出口通道施加背壓的ECAP技術(shù)，如圖2所示，可以在一定程度上緩解難變形金屬ECAP的開裂問題，從而改善材料的微觀組織和機(jī)械性能；但是施加的背壓有限，靜水壓力一般維持在幾百兆帕[R. YE. Lapovok. Journal of materials science. 2005 (40) :341-346.]。施加的背壓太高則由于摩擦力和模具強(qiáng)度等因素而無(wú)法實(shí)現(xiàn)ECAP。HPT技術(shù)如圖3所示，是最符合前文中提到的SPD方法制備超細(xì)晶材料應(yīng)滿足的多項(xiàng)條件。在現(xiàn)有的SPD技術(shù)之中，HPT技術(shù)晶粒細(xì)化能力最強(qiáng)。然而，HPT所能加工的試樣厚度方向尺寸很小[A. P. Zhilyaev, T. G. Langdon. Progress in Materials Science. 2008 (53) :893-979.]，所加工的盤狀試樣，厚度往往僅有1mm甚至更薄?？偟貋?lái)說(shuō)，典型的兩類劇烈塑性變形技術(shù)各有特點(diǎn)，且均存在不足之處，其中ECAP及BP-ECAP技術(shù)能夠制備板材或大塊體材料，但由于變形過(guò)程中靜水壓力相對(duì)不足，在加工難變形金屬時(shí)存在樣品開裂或變形溫度過(guò)高影響晶粒細(xì)化效果的問題。HPT技術(shù)最符合SPD方法制備超細(xì)晶材料應(yīng)滿足的多項(xiàng)條件，變形時(shí)能夠產(chǎn)生幾GPa甚至十幾GPa的高靜水壓力，能夠?qū)崿F(xiàn)難變形金屬相對(duì)較低溫度下的劇烈塑性變形，克服了ECAP等的技術(shù)缺陷，因此細(xì)化晶粒效果最好。但與此同時(shí)，HPT技術(shù)本身的高壓力特征造成了樣品尺寸過(guò)薄過(guò)小的技術(shù)缺陷，這大大限制了HPT所制備樣品的應(yīng)用范圍和前景。

鑒于上述SPD技術(shù)在靜水壓力、可加工材料范圍、晶粒細(xì)化效果以及樣品尺寸等多方面或其中某一方面存在的問題，能否把增材加工、制造技術(shù)的概念遷移過(guò)來(lái)，將傳統(tǒng)的劇烈塑性變形技術(shù)從等量加工擴(kuò)展至增量加工范疇，從而克服多種常見劇烈塑性變形方法的技術(shù)缺陷？

通常來(lái)講，工業(yè)材料的機(jī)械或物理性能在加工、制造過(guò)程中逐步增強(qiáng)，而材料的物質(zhì)質(zhì)量在加工制造過(guò)程中卻變化不一。傳統(tǒng)工業(yè)體系的三個(gè)基本環(huán)節(jié)包括原材料采掘冶煉與粗加工、精加工和產(chǎn)品制造及裝配，按照在任一加工環(huán)節(jié)中材料質(zhì)量的變化可將具體的加工環(huán)節(jié)定義為減量加工、等量加工和增量加工。若從原材料到最終產(chǎn)品這一完整過(guò)程中的質(zhì)量變化來(lái)看，又可將工業(yè)制造分為三種模式，減材制造、等材制造和增材制造。增材制造技術(shù)是指基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)直接制造零件的科學(xué)技術(shù)體系。增量加工或者增材制造，是區(qū)別于利用車削銑磨等傳統(tǒng)減量加工方法，或者鑄造、鍛造、擠壓、軋制、ECAP或HPT以及其它等量加工方法的制造技術(shù)，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來(lái)制造領(lǐng)域的一個(gè)重大成果，是基于材料累加原理的材料加工過(guò)程，實(shí)際上是以點(diǎn)、線、面為基本加工單位堆積出零件。基于不同的分類原則和理解方式，增材制造技術(shù)還有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多種稱謂，其內(nèi)涵仍在不斷深化，外延也不斷擴(kuò)展，這里所說(shuō)的“增材制造”與“快速成形”、“快速制造”意義相同。增材制造技術(shù)不需要傳統(tǒng)的刀具和夾具以及多道加工工序，在一臺(tái)設(shè)備上可快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)了零件“自由制造”，容易實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化制造，響應(yīng)速度快加工效率高，尤其適合難加工材料、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的研制生產(chǎn)，而且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其制造速度的作用就越顯著；而增量加工對(duì)原材料利用率高，符合綠色加工理念。

現(xiàn)下時(shí)髦的包括3D打印技術(shù)在內(nèi)的多種增材制造（快速成形）技術(shù)往往基于激光束、電子束或者電化學(xué)等提供能量，以熔化沉積、氣相沉積或者液相沉積等方式實(shí)現(xiàn)材料累加。其主流工藝多為選區(qū)激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)和電子束熔化(Electron Beam Melting,EBM)等，金屬原材料通過(guò)高能熱源，經(jīng)過(guò)熔化、堆積以及再凝固的過(guò)程實(shí)現(xiàn)增材加工制造[Yasa E, Kruth and J. Deckers J Cirp Annals: Manufacturing Technology, 2011, (1):263-266.]。這就必然使得其微觀組織結(jié)構(gòu)及成分分布等內(nèi)部特征較之原材料發(fā)生很大變化，是在增材制造這一工藝過(guò)程中重新形成的。這就對(duì)增材制造技術(shù)在成形及微觀組織結(jié)構(gòu)控制等多方面同時(shí)提出很高的工藝要求。對(duì)于某些金屬原材料，3D打印甚至無(wú)法完成“單質(zhì)打印”，還需要一些添加粘結(jié)劑，打印出的產(chǎn)品是一個(gè)金屬與粘結(jié)劑的混合物，而不是冶金學(xué)意義上的一個(gè)整體。

除了上述以金屬粉末或者金屬窄帶材、線材為原材料的3D打印增材制造技術(shù)外，一種利用超聲波焊接原理實(shí)現(xiàn)金屬箔或薄板疊加制造技術(shù)—超聲波疊合（Ultrasonic Consolidation，簡(jiǎn)稱UC）技術(shù)[White D. Advanced Materials and Processes, 2003, 161:64-65; Janaki Ram G, Yang Y, Stucker B. Journal of Manufacturing Systems, 2006, 25:221-238]，UC整合了超聲焊接和數(shù)控輪廓銑削的疊加制造技術(shù)。如圖4所示，該技術(shù)使用超聲振動(dòng)頭將一定厚度的金屬薄片焊接到基體上，然后使用銑刀沿截面輪廓將該層面不需要的材料去除，銑削掉的薄片被立刻吹離加工區(qū)域，即加工出疊加過(guò)程中的一層，往復(fù)進(jìn)行即可實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體制造。一般認(rèn)為在超聲波疊合過(guò)程中的初始階段，利用高頻振動(dòng)波傳遞到金屬表面，切向高頻振動(dòng)去除上層金屬與基體金屬接觸面的氧化物，并在接觸壓力的作用下，使粗糙表面的突出部分產(chǎn)生反復(fù)的微焊和破壞的過(guò)程而使接觸面積增大，在交界面產(chǎn)生塑性變形，使兩個(gè)金屬表面相互摩擦，接觸區(qū)溫度升高（但往往低于再結(jié)晶溫度），相互接近到原子引力能夠發(fā)生作用的距離時(shí)，即形成冶金結(jié)合。美國(guó)Solidica公司于2000年推出了商品化的UC設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)超聲波固結(jié)的金屬薄片，包括鋁、鈦合金、不銹鋼等，薄片厚度約0.1mm。這種技術(shù)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：能夠?qū)崿F(xiàn)冶金結(jié)合，加工塊體三維實(shí)體；加工過(guò)程材料不熔融，溫升往往低于再結(jié)晶溫度，不產(chǎn)生鑄造缺陷，不減弱金屬特性；環(huán)保、安全；同時(shí)，該技術(shù)也存在明顯的缺點(diǎn)：首先超聲波影響區(qū)有限，所疊合的金屬薄片厚度非常小，0.1mm左右；其次，UC設(shè)備核心部件超聲震動(dòng)壓頭，須同時(shí)具備優(yōu)異韌性（聲波傳遞過(guò)程中機(jī)械損耗?。┖统哂捕龋湍バ裕?，選材范圍很受限制；再次，UC適用的被加工材料有限，被加工材料強(qiáng)度、硬度必須小于壓頭，使得目前該工藝僅應(yīng)用于鋁、鈦及其合金的疊合；此外，脆性材料在該工藝下容易產(chǎn)生裂紋等加工缺陷；最后，該方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)金屬材料的冶金結(jié)合，但是被沒有帶來(lái)金屬材料顯著的細(xì)晶化，材料機(jī)械性能和物理性能沒有得到明顯提升。

雖然UC工藝存在一些缺點(diǎn)，但是這類能夠?qū)崿F(xiàn)金屬材料冶金結(jié)合的工藝都將為金屬增材制造提供借鑒。同樣具有借鑒意義的工藝包括金屬爆炸焊接，金屬摩擦焊等。

以摩擦焊接為例，摩擦焊接是一種鍛造焊接過(guò)程。在壓力作用下，兩個(gè)管件表面之間發(fā)生摩擦，摩擦力產(chǎn)生熱量形成焊縫。母材與焊料之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或摩擦要持續(xù)進(jìn)行，直到產(chǎn)生足夠的熱量為止。之后，停止摩擦，兩部分便在足夠的作用力下鍛接在一起，形成焊縫[Uday, M.B, Fauzi A, et al. Science and Technology of Welding and Joining, 2010, (7):534-558.]。摩擦焊靠滑動(dòng)摩擦生熱來(lái)升溫，溫度往往高于工件的再結(jié)晶溫度甚至達(dá)到熔點(diǎn)，然后軸向加壓流變，產(chǎn)生（包括熔焊、熱鍛在內(nèi)的）接頭。摩擦焊的壓力要靠要焊合的材料的軸向強(qiáng)度來(lái)施加，所施加壓力不可能高于要焊合工件的軸向強(qiáng)度。依靠工件軸向由遠(yuǎn)至焊口處的溫度梯度，保證在焊口高溫處達(dá)到的流變強(qiáng)度使其產(chǎn)生熱塑流變實(shí)現(xiàn)焊合。焊口附近的高溫使得其組織往往是凝固態(tài)組織或熱鍛壓的再結(jié)晶組織。相比劇烈塑性變形獲得的超細(xì)晶組織，其焊口附近力學(xué)性能較弱。

對(duì)于金屬增材制造或疊加制造，能否通過(guò)其他手段取代熱源，同時(shí)又保證實(shí)現(xiàn)良好冶金結(jié)合？劇烈塑性變形方法將是最有希望的途徑。劇烈塑性變形加工出來(lái)的微納米材料的擴(kuò)散激活能要低于粗晶態(tài)的材料，這是因?yàn)榧?xì)晶材料中晶界密度相對(duì)較高，為原子擴(kuò)散提供了更充足的通道，因此將更加有利于界面處的原子擴(kuò)散，促進(jìn)界面冶金結(jié)合的產(chǎn)生。同時(shí)通過(guò)劇烈塑性變形技術(shù)加工出的金屬層疊材料，由于細(xì)晶強(qiáng)化的作用，既有比粗晶材料更高的強(qiáng)度，同時(shí)也能保證冶金界面足夠高的結(jié)合強(qiáng)度，因而使材料整體的性能更加優(yōu)異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造方法及裝置。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造方法，步驟如下：

a. 首先選擇加工對(duì)象，為圓盤工件(4)或圓環(huán)工件(9) 為；模具由上模、下模構(gòu)成，合模后模腔的截面形狀與工件的端面形狀完全吻合，為圓形或圓環(huán)形，模腔的深度可變；

b. 將工件放入由上模、下模合模所構(gòu)成的模腔中；

c. 在上下模之間施加軸向載荷，載荷傳遞至工件，在模腔約束作用下，工件內(nèi)部產(chǎn)生高靜水壓力，與此同時(shí)，使上下模繞其共有中心軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的高壓扭轉(zhuǎn)變形；

d. 將模腔深度增加一個(gè)工件厚度，在之前放入工件的上端面疊放一個(gè)新的工件，重復(fù)步驟c，新放入工件發(fā)生高壓扭轉(zhuǎn)變形的同時(shí)，疊放工件之間的接觸面完全冶金結(jié)合，變成為增加一個(gè)工件厚度的更厚工件，實(shí)現(xiàn)高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合；

e. 不斷重復(fù)步驟d，獲得一個(gè)整體的圓棒工件或圓管工件，實(shí)現(xiàn)高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造。

一種高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造裝置，包括具有恒壓功能的壓力機(jī)、上模（1），下模，上模（1）固定在壓力機(jī)上底板上，上模與壓力機(jī)中軸線同軸，下模放置于壓力機(jī)下底板上，并與壓力機(jī)中軸線同軸，上、下模在承受軸向載荷的同時(shí)能夠繞其共有中心軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；加工對(duì)象為圓盤工件（4）時(shí)，下模分為剛性環(huán)套（2）和下壓頭（3）兩部分，下壓頭（3）為圓柱狀，同軸置于剛性環(huán)套（2）內(nèi)，圓盤工件（4）與剛性環(huán)套（2）內(nèi)孔、下壓頭（3）三者直徑相同；加工對(duì)象為圓環(huán)工件（9）時(shí)，下模包括剛性環(huán)套（6）、下壓頭（7），剛性環(huán)套（6）內(nèi)還要同軸放置一個(gè)剛性芯軸（8），相應(yīng)地下壓頭（7）為圓管狀，其端面形狀與圓環(huán)工件（9）的端面形狀吻合，圓環(huán)工件（9）的外徑與剛性環(huán)套（6）的內(nèi)徑相同，圓環(huán)工件（9）的內(nèi)徑與剛性芯軸（8）的直徑相同；上模、下模完全合模所構(gòu)成的閉合模腔的截面形狀與工件的端面形狀完全吻合，為圓形或者圓環(huán)形；下壓頭（3）或（7）可沿模腔軸線上下移動(dòng)，從而改變模腔深度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：（1）本發(fā)明為疊加塑性加工（屬增量加工范疇），這明顯不同于以往軋制、擠壓、拉拔、鍛壓以及現(xiàn)有的劇烈塑性變形技術(shù)如ECAP以及HPT等，這些技術(shù)加工前后材料形狀或者性能發(fā)生顯著改變，但材料未有明顯增減，屬“等量加工”技術(shù)范疇。本發(fā)明將傳統(tǒng)HPT技術(shù)與層狀復(fù)合技術(shù)相結(jié)合，這種塑性加工技術(shù)對(duì)金屬材料進(jìn)行劇烈塑性變形，獲得具有超細(xì)晶/納米晶多晶組織的同時(shí)，再對(duì)這些圓盤（環(huán)）工件進(jìn)行高壓和剪切變形條件下的疊加復(fù)合加工，復(fù)合界面實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合而成為整體，從而實(shí)現(xiàn)增量塑性加工的目的，從而兼具現(xiàn)有不同SPD技術(shù)各自在組織控制（如HPT的顯著晶粒細(xì)化能力）、工件尺寸大（如ECAP的能加工大塊體工件）等方面優(yōu)點(diǎn)；技術(shù)難度與傳統(tǒng)HPT技術(shù)相當(dāng)，由于能夠增量加工尺寸更大的塊體超細(xì)晶、納米晶甚至非晶材料，該技術(shù)的自動(dòng)化、規(guī)?；⒐I(yè)化應(yīng)用前景更加顯著。

（2）包括金屬3D打印技術(shù)在內(nèi)的多種增材制造（快速成形）技術(shù)，往往經(jīng)過(guò)熔化再凝固的過(guò)程，最終獲得凝固態(tài)組織。而本發(fā)明能獲得具有劇烈塑性變形組織的金屬產(chǎn)品，眾所周知，劇烈塑性變形獲得的超細(xì)晶/納米晶金屬材料往往具有較有優(yōu)異的力學(xué)性能和物理性能，是金屬材料強(qiáng)韌化的有效手段，因此本專利技術(shù)在疊加制造的同時(shí)金屬材料的綜合性能顯著提高；

（3）可加工材料范圍廣，原材料可采用各種純金屬或者合金，對(duì)材料初始狀態(tài)要求不高，可以是鑄態(tài)、凝固態(tài)、冷變形態(tài)、熱加工態(tài)等，經(jīng)過(guò)本發(fā)明技術(shù)加工后，最終都將獲得劇烈塑性變形組織，因此也可以采用事先經(jīng)過(guò)HPT等劇烈塑性變形的金屬材料作為原材料，如果選擇經(jīng)過(guò)相似變形參數(shù)下飽和變形量HPT工藝獲得的金屬作為原材料，本疊加制造工藝將不會(huì)明顯改變其組織結(jié)構(gòu)或弱化其性能。

附圖說(shuō)明

圖1是等徑角擠壓(ECAP)技術(shù)原理示意圖。

圖2是背壓ECAP(BP-ECAP)技術(shù)原理示意圖。

圖3是高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)技術(shù)原理示意圖,從左到右依次為無(wú)約束、半約束和全約束HPT。

圖4是超聲波疊合（Ultrasonic Consolidation，簡(jiǎn)稱UC）技術(shù)原理示意圖。

圖5和圖6是本發(fā)明高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造技術(shù)原理示意圖，分別對(duì)應(yīng)圓盤工件和圓環(huán)工件的疊加制造。

圖7是本發(fā)明高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造具體實(shí)施例所采用裝置原理示意圖。

圖8是右（左）手定律確定螺桿螺旋線旋向的原理示意圖。張開右手，除拇指外的四指并攏伸直，并與螺桿旋進(jìn)方向一致，如果看到的螺紋右邊高左邊低，即與右手拇指朝向一致，則為右旋，右旋螺桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺桿會(huì)朝旋進(jìn)方向移動(dòng)；左旋則反之。

圖9是5N超高純鋁（99.999% wt.）退火態(tài)（200℃1小時(shí)）組織，平均晶粒尺寸~200μm，晶界平直。

圖10是5N超高純鋁（99.999% wt.）經(jīng)過(guò)超過(guò)25圈飽和HPT加工后，又經(jīng)過(guò)3圈（720°）HPT疊加制造后，某一界面附近組織示意圖。

圖11是5N超高純鋁（99.999% wt.）經(jīng)過(guò)超過(guò)25圈飽和HPT加工后，又經(jīng)過(guò)5圈HPT疊加制造后，某一界面附近組織示意圖。

圖12是5N超高純鋁（99.999% wt.）退火態(tài)（200℃1小時(shí)）組織，經(jīng)過(guò)1/2圈（180°）高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合后，兩圓盤接觸面附近組織示意圖。

圖13是5N超高純鋁（99.999% wt.）退火態(tài)（200℃1小時(shí)）組織，經(jīng)過(guò)1圈（360°）高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合后，兩圓盤接觸面附近組織示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明借鑒增材制造、增量加工的概念，開發(fā)了一種基于高壓扭轉(zhuǎn)的疊加制造方法。該高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造方法將常規(guī)HPT技術(shù)與層狀復(fù)合技術(shù)相結(jié)合，繼承了HPT靜水壓力高、晶粒細(xì)晶效果顯著等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用高壓和剪切變形實(shí)現(xiàn)金屬間的冶金結(jié)合，以薄圓盤或圓環(huán)工件為原材料，進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)變形的同時(shí)不斷疊加新工件，并通過(guò)進(jìn)一步的高壓扭轉(zhuǎn)變形，實(shí)現(xiàn)工件之間接觸面的冶金結(jié)合而不斷疊加成為更厚的塊體，也即實(shí)現(xiàn)工件厚度方向的增量效果，直至加工出滿足需求的大尺寸塊體，而且獲得的大塊體金屬工件是真正冶金學(xué)意義上的整體。這種方法克服了現(xiàn)有HPT技術(shù)所加工工件厚度過(guò)薄的技術(shù)缺陷。與此同時(shí)，高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造技術(shù)在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了被加工金屬材料在高靜水壓力下劇烈的剪切塑性變形，其高壓扭轉(zhuǎn)技術(shù)特征使之克服了ECAP等技術(shù)在較低溫度對(duì)難變形金屬進(jìn)行大變形量加工時(shí)工件開裂，升高變形溫度后又無(wú)法獲得細(xì)小晶粒的技術(shù)缺陷。也就是說(shuō)該技術(shù)兼具了HPT可加工材料范圍廣、晶粒細(xì)化效果好、所需變形溫度低，以及ECAP/BP-ECAP加工工件尺寸大等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了它們的主要技術(shù)缺陷，這是現(xiàn)有等量加工范疇內(nèi)的劇烈塑性變形技術(shù)所不具備的。該疊加制造技術(shù)基于高壓扭轉(zhuǎn)技術(shù)，體現(xiàn)了常規(guī)高壓扭轉(zhuǎn)（HPT）方法獲得的超細(xì)晶/納米晶薄片材—所有的組織結(jié)構(gòu)和成分分布等物理特征。而現(xiàn)有以金屬為原材料的增材制造、疊加加工技術(shù)工藝，有些需要輔以粘結(jié)劑，加工出的工件屬于復(fù)合材料，并不是冶金學(xué)意義上的均質(zhì)合金材料；有些需要高能熱源（激光、電子束等）使金屬原材料經(jīng)過(guò)熔化、堆積以及再凝固的過(guò)程實(shí)現(xiàn)，這對(duì)原材料組織結(jié)構(gòu)、成分分布等的顯著影響，無(wú)論金屬原材料是何種狀態(tài)，最終的成品件往往是凝固態(tài)。這種方式加工出的凝固態(tài)成品，由于成型過(guò)程中各種材料因素和工藝因素等的影響，可能包含各種冶金缺陷（如裂紋、變形、氣孔、組織不均勻等）。而本發(fā)明高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造技術(shù)，獲得的通常是劇烈塑性變形超細(xì)晶組織，力學(xué)性能較凝固態(tài)成品往往顯著提高。

本方法的技術(shù)核心是利用高壓和塑性變形實(shí)現(xiàn)金屬界面的冶金結(jié)合。由于被加工材料受到模具的約束，其壓力達(dá)到GPa量級(jí)以上，遠(yuǎn)高于要復(fù)合的材料工件自身的強(qiáng)度，這種高壓和劇烈塑性變形有利于界面處加工硬化層及氧化層的破碎，從而露出未被氧化的內(nèi)層金屬，新鮮金屬在高壓和劇烈剪切變形作用下最終實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，不需要類似于摩擦焊的顯著溫度梯度來(lái)保證流變集中在界面附近。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造方法包括如下步驟：

1）首先選擇加工的工件與HPT的類似，為圓盤工件，在進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造之前，對(duì)工件進(jìn)行清潔，去脂去污，并用鋼刷等對(duì)圓盤工件的上下端面進(jìn)行毛化處理，增大表面粗糙度同時(shí)破壞原有氧化層。

2）在具有恒壓保壓功能壓力機(jī)的上、下底板上分別安裝上模和下模；其中上模包括與圓盤狀工件上表面直接接觸的上壓頭及其與壓力機(jī)上底板連接的附屬連接件，上壓頭與圓盤狀工件的接觸面經(jīng)過(guò)毛化處理，以增大與工件接觸時(shí)的摩擦力；下模包括剛性環(huán)套，其中間孔同軸放置下壓頭，下壓頭與工件的接觸面同樣經(jīng)過(guò)毛化處理，下壓頭通過(guò)獨(dú)立機(jī)構(gòu)控制其在剛性環(huán)套中間孔中可沿軸線上下移動(dòng)，并在承受來(lái)自工件的軸向載荷或扭矩（進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)）時(shí)，與剛性環(huán)套的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)、軸向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)始終保持相同，使得下壓頭在高壓扭轉(zhuǎn)變形時(shí)不與剛性環(huán)套發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或沿軸向移動(dòng)，而是支撐工件底部；上下模之一可繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

3）加工開始前將兩個(gè)圓盤工件放入剛性環(huán)套中孔，工件與環(huán)套孔二者直徑相同，利用獨(dú)立機(jī)構(gòu)調(diào)整下壓頭位置，使得下壓頭上端面沉入剛性環(huán)套的深度為0.1~1.9倍圓盤工件厚度為宜。

4）壓力機(jī)下壓使上下模完成合模，合模后，將模具中工件看做一個(gè)整體，其上下端面分別與模具的上下壓頭毛化面接觸。進(jìn)一步施加軸向壓力，在工件軸向產(chǎn)生1~15GPa的正壓力，并保持不變；使可轉(zhuǎn)動(dòng)模具在工件受壓的同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度或圈數(shù)不受限，可根據(jù)加工需要改變。在模具的上下壓頭毛化面摩擦力作用下，工件發(fā)生高壓扭轉(zhuǎn)變形。

5）完成一定量的高壓扭轉(zhuǎn)變形（比如20圈）后，兩個(gè)圓盤狀工件的微觀組織結(jié)構(gòu)演變達(dá)到飽和，并且其接觸面實(shí)現(xiàn)完全冶金結(jié)合，原先的兩個(gè)疊放圓盤變成一個(gè)厚度更厚的圓盤（考慮到會(huì)有金屬?gòu)哪＞唛g隙流出形成飛邊，冶金結(jié)合后的圓盤厚度將比初始圓盤的2倍厚度略?。?，這個(gè)過(guò)程稱之為高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合。

6）將下壓頭相對(duì)于剛性環(huán)套下移一個(gè)圓盤工件厚度，再放入一個(gè)符合步驟1）條件的圓盤工件，進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)加工，使新放入工件的組織結(jié)構(gòu)演變達(dá)到飽和，同時(shí)，新放入的工件與之前已完成疊加制造工件的接觸面在高壓和剪切變形下實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。

7）重復(fù)進(jìn)行步驟6），圓盤工件逐層疊加，通過(guò)接觸面的冶金結(jié)合實(shí)現(xiàn)增量加工，被加工材料從一個(gè)個(gè)圓盤狀工件疊加成冶金學(xué)意義上的一個(gè)整體圓棒狀工件，圓棒工件厚度不斷增加，直至尺寸符合使用要求；整個(gè)過(guò)程是重復(fù)進(jìn)行的高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合，稱之為高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造；

進(jìn)一步地，該高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造裝置根據(jù)所選擇的高壓扭轉(zhuǎn)變形約束狀態(tài)可選用不同形狀的上壓頭（參考說(shuō)明書附圖3）。上述步驟1）~7）選用了半約束的方案，如圖5所示，上壓頭采用凹孔狀，孔深以0.1~1.9倍圓盤工件厚度為宜。如果采用無(wú)約束或全約束的方案，則上壓頭形狀可為平頭狀（無(wú)約束）或凸臺(tái)狀（全約束），并將上述步驟3）中下壓頭上端面沉入剛性環(huán)套的深度分別調(diào)整為0~1倍或2~3倍圓盤工件厚度為宜。

進(jìn)一步地，該高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造方法除了采用圓盤工件作為原材料獲得棒材外，也可將圓環(huán)工件作為原材料加工出管材，如果采用圓環(huán)工件，上、下壓頭需根據(jù)工件形狀稍作改變。如果選用半約束的方案，如圖6所示，上壓頭修改為具有與工件內(nèi)外徑一致的環(huán)形凹槽，槽深以0.1~1.9倍圓盤工件厚度為宜；如果采用無(wú)約束或全約束的方案，則上壓頭形狀可為平頭（無(wú)約束）或與工件內(nèi)外徑一致的環(huán)形凸臺(tái)（全約束），并將上述步驟3）中下壓頭上端面沉入剛性環(huán)套的深度分別調(diào)整為0~1倍或2~3倍圓盤工件厚度為宜；并且下壓頭采用與環(huán)形工件內(nèi)外徑一致的環(huán)形壓頭，剛性環(huán)套中間孔需要同軸放置剛性芯軸，從而構(gòu)成與圓環(huán)工件尺寸吻合的環(huán)形模腔。

進(jìn)一步地，該高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造方法對(duì)圓盤工件的初始狀態(tài)沒有要求，原材料的加工工藝可以是熱加工（鑄造、鍛造）、冷變形（擠壓、沖壓、ECAP等）或熱處理（退火、淬火等）態(tài)的。如果采用上述狀態(tài)的金屬作為原材料，每次高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合時(shí)的扭轉(zhuǎn)圈數(shù)需要足夠多（比如，超過(guò)20圈），在實(shí)現(xiàn)接觸面完全冶金結(jié)合的同時(shí)，獲得均勻細(xì)小的飽和晶粒尺寸（與經(jīng)過(guò)相同變形量加工的HPT組織一致）；原材料也可以采用實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)飽和HPT加工的圓盤工件，此時(shí)，每次高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合的扭轉(zhuǎn)圈數(shù)不需要太多，因?yàn)樵牧系奈⒂^組織已經(jīng)是經(jīng)過(guò)飽和HPT加工的均勻細(xì)小的超細(xì)晶/納米晶組織，僅需要實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合所需的變形量。

進(jìn)一步地，所述上、下壓頭整體選擇強(qiáng)度或者韌性較高的材質(zhì)，比如工具鋼；或者其基體選擇韌性較高的材質(zhì)，比如中碳鋼或者工具鋼，而其與圓盤工件接觸的部位選擇硬質(zhì)合金或者鋼結(jié)硬質(zhì)合金，鑲嵌于上下壓頭的基體上；

進(jìn)一步地，所述上或下模通過(guò)推力軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于壓力機(jī)上下底板上；

進(jìn)一步地，所述技術(shù)中關(guān)于方位“上”、“下”的描述僅僅是相對(duì)的概念，水平放置、傾斜或者顛倒放置，并不影響該技術(shù)原理的實(shí)現(xiàn)。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

選用5N超高純鋁（99.999% wt.）進(jìn)行了室溫高壓扭轉(zhuǎn)疊加加工。

如圖7所示，首先圓盤工件52存放于原料預(yù)處理區(qū)51，在該區(qū)域完成熱處理、表面清潔去脂、干燥、鋼刷毛化、氧化層去除等預(yù)處理工序后的圓盤工件54進(jìn)入送料裝置53等待，上模56與壓力機(jī)上底板相連，將壓力機(jī)的垂直壓載P傳遞給正在進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)疊加加工的圓盤工件55，上模56與剛性環(huán)套57以及已經(jīng)完成疊加加工的圓棒工件50對(duì)圓盤工件55實(shí)現(xiàn)如圖3中的HPT半約束，所述剛性環(huán)套57為內(nèi)外雙層甚至多層預(yù)應(yīng)力套筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)層選擇硬度和韌性都較高的材質(zhì)，比如工具鋼；外層選擇韌性較高的材質(zhì)，比如中碳鋼或者工具鋼；與此同時(shí)由于在壓力作用下螺桿58能夠“自鎖”，其上的下壓頭59對(duì)已經(jīng)完成疊加加工的圓棒工件50底部形成支撐，上、下壓頭與工件的接觸面經(jīng)過(guò)毛化處理，約束的存在以及接觸面上的巨大摩擦力，使得圓盤工件55內(nèi)部產(chǎn)生1~15GPa的靜水壓力；圓盤工件55的上端面與經(jīng)過(guò)毛化處理的上壓頭在摩擦力的作用下呈粘著狀態(tài)，從而保持相同的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)；同理，圓棒工件50的下端與下壓頭保持相同的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，此時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)上模具或者下模具，圓盤工件55的上端面與圓棒工件50的下端面之間將產(chǎn)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)；設(shè)備對(duì)圓盤工件55的加壓會(huì)受到其與剛性環(huán)套57內(nèi)壁摩擦力的影響，導(dǎo)致傳遞至圓棒工件50高度方向中部的壓力明顯低于圓盤工件55和圓棒工件50與上、下壓頭接觸的“端部”位置；由于在壓力作用下圓棒工件50的側(cè)壁被剛性環(huán)套57內(nèi)壁約束，因此不僅是其下端面，而是幾乎整個(gè)圓棒工件50都將與包括下壓頭在內(nèi)的下模具保持相同的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，圓棒工件50的其它部分所分擔(dān)的扭轉(zhuǎn)變形很少；這種扭轉(zhuǎn)變形或壓力分布的不均勻就是所謂的邊界效應(yīng)或邊緣效應(yīng)；高壓及剪切變形在邊緣效應(yīng)的影響下，將集中在圓盤工件55及圓棒工件50上端附近，這種效應(yīng)的存在導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)變形和高壓都集中在圓盤工件55及其與圓棒工件50的接觸面附近，這些區(qū)域所發(fā)生的變形與常規(guī)HPT時(shí)的剪切變形類似，在高靜水壓力和剪切變形作用下圓盤工件55及圓棒工件50的接觸面實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合成為一體，構(gòu)成新的圓棒工件50，較之前的圓盤工件在高度方向近似增加了一個(gè)圓盤工件的厚度，從而實(shí)現(xiàn)疊加制造。加工后的整個(gè)工件的材料，其微觀組織結(jié)構(gòu)和成分分布將具有HPT所加工材料的顯著特征。

圖7中， 50-已完成高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造的圓棒工件，虛線示意給出堆疊的圓盤工件之間疊加制造前的接觸面位置，變形后這些結(jié)合面產(chǎn)生冶金結(jié)合，使得堆疊的圓盤工件成為一個(gè)圓棒狀的整體，因此，加工前圓盤工件的接觸面在最終獲得的圓棒工件中是難以分辨的；51-原料預(yù)處理區(qū)，該區(qū)域存放52-待復(fù)合加工的圓盤工件，并完成對(duì)待加工工件的表面清潔、干燥、鋼刷毛化、氧化層去除等；53-送料裝置，該裝置可將54-完成表面預(yù)處理的圓盤工件傳送至進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)變形的上模、下模之間的模腔，也就是目前55-正在進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)變形的圓盤工件以及50-已完成高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造的圓棒工件所在位置；56-上模，包括與盤狀工件上表面直接接觸的上壓頭及其與壓力機(jī)上底板連接的附屬連接件；57-剛性環(huán)套，其中間孔同軸放置58-螺桿通過(guò)獨(dú)立機(jī)構(gòu)可控制旋上旋下，從而調(diào)整模腔高度方向的大小，58-螺桿在軸向壓力作用下能夠“自鎖”，保證高壓扭轉(zhuǎn)變形時(shí)對(duì)工件底部的支撐，58-螺桿上端部裝配有59-下壓頭，57-剛性環(huán)套（圖中為雙層預(yù)應(yīng)力組合套筒結(jié)構(gòu)）、58-螺桿、59-下壓頭等構(gòu)成了下模具，下模具通過(guò)60-推力軸承等與壓力機(jī)下底板相連，整體可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向與右（左）手定律確定的螺桿旋向相反—如果螺桿為右旋螺桿，轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)樽笮?；如果螺桿左旋，則轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)橛倚?，從而保證進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)或增量高壓扭轉(zhuǎn)時(shí)58-螺桿所受的扭矩只能使螺桿有“旋上”的趨勢(shì)；P為壓力機(jī)產(chǎn)生的軸向壓力；T為裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩；此外，從圖7的局部放大圖可以看出，56-上模、57-剛性環(huán)套以及50-已完成高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造的圓棒狀工件對(duì)55-正在進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造變形的圓盤工件實(shí)現(xiàn)了半約束，h為圓盤工件厚度，t為半約束留下的間隙高度，間隙中填充了固體潤(rùn)滑劑，一方面可以減少圓盤工件受壓后從約束間隙流出的“飛邊”，另一方面減小發(fā)生高壓扭轉(zhuǎn)變形所需的扭矩T。

進(jìn)一步地，根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，如果將所加工的原材料改成已經(jīng)經(jīng)過(guò)常規(guī)飽和變形量HPT加工的均勻超細(xì)晶材料，則可在后續(xù)的高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合及疊加制造時(shí)，選用與常規(guī)HPT一樣的變形參數(shù)，并減少每次高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合加工時(shí)的高壓扭轉(zhuǎn)圈數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)高壓扭轉(zhuǎn)僅是為了實(shí)現(xiàn)工件間的冶金結(jié)合，晶粒尺寸等在這一過(guò)程中已經(jīng)不再進(jìn)一步細(xì)化。

實(shí)施例一

該實(shí)施例選用的方案是首先將退火態(tài)粗晶（平均晶粒尺寸~200μm）高純鋁圓盤逐個(gè)進(jìn)行超過(guò)25圈的高壓扭轉(zhuǎn)變形，獲得平均晶粒尺寸~8μm的均勻細(xì)小組織結(jié)構(gòu)。然后再將這些圓盤工件作為高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造的原材料，進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合和疊加制造，每疊加一個(gè)圓盤工件，只需再進(jìn)行5圈左右的高壓扭轉(zhuǎn)，最終獲得冶金學(xué)意義上為一個(gè)整體的高純鋁棒狀工件。

超高純鋁初始狀態(tài)為退火態(tài)（200℃，1小時(shí)），如圖9所示，平均晶粒尺寸~200μm，晶界平直，是典型的退火態(tài)組織。將其加工成直徑30mm，高度1.2mm的圓盤，經(jīng)過(guò)室溫條件下，轉(zhuǎn)動(dòng)速度1rpm，靜水壓力2GPa的飽和HPT（轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)25圈）后，工件厚度減薄至0.9~1mm，其穩(wěn)定晶粒尺寸8μm左右，此時(shí)剪切試驗(yàn)測(cè)出的超高純鋁的剪切強(qiáng)度從退火態(tài)的20MPa提高近3倍，達(dá)到58MPa，將這種具有8μm平均晶粒尺寸的圓盤工件進(jìn)行變形參數(shù)不變的HPT復(fù)合，經(jīng)過(guò)3周（720°）HPT后界面附近組織如圖10所示，平均晶粒尺寸保持在8μm，界面處大部分實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合，僅能通過(guò)圖10中間位置的一些斷續(xù)的襯度差異分辨出原有接觸面，此時(shí)剪切試驗(yàn)測(cè)出的界面處的剪切強(qiáng)度約為46MPa，稍低于超高純鋁基體的剪切強(qiáng)度；經(jīng)過(guò)5周HPT后，界面附近組織如圖11所示，原有界面完全消失，圓盤工件間通過(guò)完全冶金結(jié)合成為一體，其晶粒尺寸與3周HPT時(shí)一致，反映了高壓扭轉(zhuǎn)疊加加工微觀組織結(jié)構(gòu)的遺傳性，此時(shí)剪切試驗(yàn)測(cè)得的界面處剪切強(qiáng)度達(dá)到~63MPa，與高純鋁基體材料剪切強(qiáng)度相當(dāng)，這也佐證了界面處實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合。通過(guò)該方法，經(jīng)過(guò)99次疊加加工，每次疊加加工都經(jīng)過(guò)超過(guò)5周HPT加工，成功將100個(gè)圓盤工件疊加加工制得了高度約89mm，直徑30mm的棒狀大塊體工件，細(xì)化效果顯著，平均晶粒尺寸小于10μm。

實(shí)施例二

該實(shí)施例選用簡(jiǎn)化工序的方案，直接將退火態(tài)粗晶（平均晶粒尺寸~200μm）高純鋁圓盤作為高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造的原材料，進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合和疊加制造，每疊加一個(gè)圓盤工件，需要進(jìn)行25圈左右的高壓扭轉(zhuǎn)，從而保證實(shí)現(xiàn)圓盤之間冶金結(jié)合的同時(shí)，其微觀組織結(jié)構(gòu)均勻而穩(wěn)定，不隨變形進(jìn)一步發(fā)生而改變，最終獲得平均晶粒尺寸小于10μm的冶金學(xué)意義上為一個(gè)整體的高純鋁棒狀工件。

超高純鋁初始狀態(tài)為退火態(tài)（200℃1小時(shí)），如圖9所示，平均晶粒尺寸~200μm，晶界平直，是典型的退火態(tài)組織。將其加工成直徑30mm，高度1.2mm的圓盤，這些圓盤不再逐個(gè)經(jīng)過(guò)飽和變形量的HPT制成細(xì)晶圓盤，而是直接作為高壓扭轉(zhuǎn)疊加制造的原材料。首先對(duì)兩個(gè)圓盤工件進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合，具體參數(shù)：室溫，轉(zhuǎn)動(dòng)速度1rpm，靜水壓力2GPa，轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)25圈，此時(shí)獲得平均晶粒尺寸8μm左右的均勻穩(wěn)定微觀組織，原先疊放在一起的兩個(gè)圓盤組織細(xì)化的同時(shí)，其接觸面實(shí)現(xiàn)了完全冶金結(jié)合，變成一個(gè)厚度約2mm的圓盤，此時(shí)剪切試驗(yàn)測(cè)得的超高純鋁的剪切強(qiáng)度從退火態(tài)的20MPa提高近3倍，達(dá)到~60MPa，此時(shí)剪切試驗(yàn)測(cè)得的界面處的剪切強(qiáng)度達(dá)到~65MPa，與高純鋁基體材料剪切強(qiáng)度相當(dāng)，這也佐證了界面處實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合。每疊加一個(gè)圓盤工件均進(jìn)行25圈的高壓扭轉(zhuǎn)，通過(guò)該方法，經(jīng)過(guò)99次疊加加工，成功將100個(gè)圓盤工件疊加加工制得了高度約92mm，直徑30mm的棒狀大塊體工件，細(xì)化效果顯著，平均晶粒尺寸小于10μm，與實(shí)施例一獲得的結(jié)果幾乎沒有差異。

在這一方案中，每疊加一個(gè)新的圓盤工件都要進(jìn)行25圈的高壓扭轉(zhuǎn)，是為了保證工件不同位置的最終晶粒尺寸均勻細(xì)?。ê蛨D11微觀組織類似），其實(shí)，在扭轉(zhuǎn)的初始幾圈，冶金結(jié)合已經(jīng)完全發(fā)生。為了說(shuō)明冶金結(jié)合在高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合的初始幾圈快速發(fā)生并完成，這里對(duì)比了1/2圈和1圈高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合的兩個(gè)超高純鋁圓盤工件接觸面附近微觀組織結(jié)構(gòu)，高壓扭轉(zhuǎn)變形參數(shù)同實(shí)施例一相同，圖12為經(jīng)過(guò)1/2圈高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合的兩個(gè)超高純鋁圓盤工件接觸面附近組織示意圖，界面還沒有發(fā)生明顯的冶金結(jié)合，界面以機(jī)械咬合為主，仍然存在100微米左右的粗大晶粒。而圖13為經(jīng)過(guò)1圈高壓扭轉(zhuǎn)復(fù)合的兩個(gè)超高純鋁圓盤工件接觸面附近組織示意圖，晶粒發(fā)生了一定程度的細(xì)化，但還很不均勻，與圖11所示均勻細(xì)小晶粒組織還有明顯差距，但界面已經(jīng)模糊難辨，冶金結(jié)合程度已經(jīng)很高。