等通道转角挤压(ECAE)是一种制备块体超细晶材料的重要方法。模角(Φ)、挤压道次和加工路径是影响晶粒细化的重要因素。目前,对于模角和挤压道次的影响已经比较清楚,但对加工路径的影响还不太清楚。本文首先对ECAE过程中的变形行为进行了有限元模拟,重点研究了出口通道长度和试样长度的影响,分析了试样的应变分布和塑性变形区的特征,利用模拟结果优化ECAE模具设计。然后,在扩大的加工路径范围内,详细研究了加工路径对纯铜微观组织和力学性能的影响,并探讨了其与晶粒细化的关系。有限元模拟结果表明,出口通道长度和试样长度都影响试样的稳定变形。出口通道长度越短,稳定变形区就越长,但试样上翘程度大;稳定变形区的长度随试样长度的增加而增加,但是当试样长度达到某一临界值时,由于入口通道中试样的不均匀变形,稳定变形区长度不再增加;对于在现实摩擦条件下的应变硬化材料,为节省材料和提高加工效率,推荐试样的长宽比为6~8,出口通道长宽比为0.5~2;据此在本研究中设计了试样长宽比为6.5、出口通道长宽比为0.5的模具,用于纯铜的ECAE试验。试验结果表明,随着道次的增加(1至8道次),晶粒逐渐细化至亚微米级,带状组织减少,等轴晶组织和大角度晶界的比例增加,材料的强度不断提高,延伸率自1道次剧烈下降后又稍有增加。同时,加工路径对纯铜微观组织有着重要影响,不同的加工路径产生了不同类型的微观组织和力学性能;对Φ= 90o模具,路径R90使带状组织迅速向等轴晶组织转化,纯铜的强度和延伸率较高,而路径R0、R180使带状组织向等轴晶组织转化较慢,带状组织较多,强度和延伸率较低;对Φ= 120o模具,路径R75使带状组织迅速向等轴晶组织转化,强度和延伸率较高;路径R0、R180使带状组织向等轴晶组织转化较慢,强度和延伸率较低。晶粒细化的最优路径随模角的改变而改变:采用Φ= 90o时路径R90最优,采用Φ= 120o时路径R75最优,后者与文献中的研究结果不同。本实验所表明的晶粒细化的路径相关性可分别从剪切面的交截、应变路径的变化和滑移行为三个方面得到部分解释,但已有的任何一种理论都不能完整解释这些试验结果,相关认识还需进一步深化。