模具表面的锯齿和润滑剂共同构成一个双重控制系统，在高温高压扭转（HPT）过程中实现定向摩擦管理。径向槽和专用润滑剂可最大限度地减少阻力，使材料向外膨胀；而圆周方向的垂直台阶则产生高摩擦力的机械锁定。这种组合确保了工具能够夹持工件以传递扭矩而不发生滑动，同时允许材料流动以实现严重的塑性变形。
驱动HPT效率的核心原理是定向摩擦控制。通过分离径向流动与旋转夹持，该工艺最大限度地提高了剪切应变积累，从而在没有机械滑动的情况下生成纳米尺寸的晶粒。
定向摩擦控制机制
最小化径向阻力
为了实现必要的变形，工件必须能够改变形状并膨胀。模具表面的径向槽与专用润滑剂协同作用，降低了径向的摩擦系数。
促进材料流动
这种摩擦的降低使得工件的端部面积能够自由增大。如果没有这种润滑和槽的配合，材料将被约束，限制其可承受的总应变。
最大化旋转夹持
虽然鼓励径向运动，但旋转滑动是有害的。模具中设计了圆周方向的垂直台阶，作为高摩擦力的锁定装置。
确保扭矩传递
这些垂直台阶会咬入材料，防止砧面在表面滑动。这确保了扭转扭矩能够有效地传递到工件内部，而不是在表面界面处损失。
关键平衡与潜在陷阱
滑动的影响
如果圆周方向的垂直台阶不足或磨损，砧面将与工件发生滑动。这将导致表面磨损而不是内部剪切，无法产生所需的纳米结构。
约束膨胀的风险
相反，如果径向摩擦未被润滑剂和槽充分抑制，材料将无法膨胀。这种物理约束会限制变形效率，并可能导致应变分布不均。
优化HPT设置
为了实现一致的晶粒细化，您必须选择能够平衡这些相反力的模具几何形状和润滑剂。
- 如果您的主要重点是最大化剪切应变：优先考虑圆周方向垂直台阶的完整性，以保证无滑动的扭矩传递。
- 如果您的主要重点是均匀的材料膨胀：确保您的专用润滑剂与径向槽设计兼容，以最小化摩擦系数。
掌握这种摩擦双重性是实现金属高效纳米结构化的决定性要求。
摘要表：
| 组件 | 设计元素 | 功能作用 | 对变形的影响 |
|---|---|---|---|
| 径向槽 | 水平排列 | 降低摩擦系数 | 促进材料向外膨胀 |
| 垂直台阶 | 圆周锁定 | 增加机械夹持力 | 防止滑动并确保扭矩传递 |
| 润滑剂 | 化学/物理薄膜 | 定向阻力管理 | 最小化径向阻力以提高效率 |
| 砧面 | 锯齿形形貌 | 严重塑性变形（SPD）驱动因素 | 控制晶粒细化和纳米结构化 |
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参考文献
- F. Z. Utyashev, Р. З. Валиев. Rational Methods of Plastic Deformation Providing Formation of Ultrafine-Grained Structure in Large-Sized Products. DOI: 10.17586/2687-0568-2024-6-1-12-23
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
