等通道转角挤压工艺(ECAP)是细化晶粒、制备超细晶材料的一种有效途径,其原理是通过反复多道次的挤压累积大的应变,从而实现晶粒细化。然而,试样在通过剪切区后其上表面存在着强烈的拉应力,拉应力导致试样在未达到强度极限的工况下过早地开裂,甚至断裂,即使是应用最广、变形效果最好的模具(Ψ=20o,Φ=90o),也存在这一问题。为了克服这一不利因素,减小试样开裂倾向,增加挤压道次来获得更高的累积应变,本文对原有模具(Ψ=20o,Φ=90o)进行了改进,将模具出口通道靠近剪切变形区一侧的上表面进行微小的向上倾斜,并用有限元软件对改进前后5083 Al试样的应力、应变状态、挤压力、材料变形流动方式进行了分析。有限元分析结果表明:(1)模具经过修改以后,试样靠近内转角的上表面处的拉应力完全消除,使得材料在强烈塑性变形区完全处于压应力状态,而且效果优于施加背压力的传统模具;(2)改进后的模具在单道次挤压后,试样的平均等效应变量(1.35)较传统模具(1.25)有所增加。但横截面上各处的均匀性下降;以BC路径(每挤完一道次试样绕其长度方向轴以顺时针或逆时针旋转90°进入下一道次挤压)进行四道次挤压后,各处的等效应变值完全相同,反复多道次挤压所产生的累积应变弥补了单道次挤压后所产生的应变不均匀;(3)改进模具的挤压力较旧模具有所上升,达到135 kN,而传统模具为120 kN,但比施加200 MPa背压力的载荷(145 kN)略低;(4)试样在改进模具中的变形流动方式依然是纯剪切变形,模具修改之后,并没有改变等通道的变形特征。为了验证模拟结果的有效性,本文使用传统与改进的两套模具对纯铝在室温下、以BC路径进行了挤压。试验结果表明,传统模具在挤压12道次之后,试样表面开裂已经较为严重,不适合做进一步的挤压,此时试样的晶粒细化到~500 nm;而使用新模具后,试样可以顺利挤压到20道次且没有出现裂纹,微观组织观察表明晶粒细化到了~200 nm。实验结果证明了有限元分析的正确性,同时也用事实说明了新模具在消除拉应力方面所起的作用,证明了模具改进的合理性和有效性。硬脆相强化合金,如含有Mg17Al12相的镁铝合金、含有Mg2Si相的铝镁硅合金,在等通道转角挤压时,目前的四种挤压路径:A、BA、BC、C,虽然能有效破碎这些硬脆相、减小其对基体的割裂作用,但不能够使这些细碎颗粒弥散化,而是沿着剪切方向分布。为了有效实现硬脆相的细化与弥散化,本文提出一种新的挤压路径,并分别以新路径、BA、BC路径对Mg10Al合金进行了挤压,对挤压后合金的横截面、纵向面的显微组织进行观察。实验结果表明,以新路径挤压后,合金横截面上的Mg17Al12较其余两种路径弥散程度有所增加,颗粒分布没有方向性,但颗粒尺寸变化不大,而合金纵向面上的Mg17Al12颗粒非常细小,约为1μm左右,并且分布均匀,几乎完全弥散化。