7×××系铝合金因其良好的力学与防腐蚀性能被广泛地应用于航空航天、建筑材料、医疗器械等领域。通过大塑性变形工艺(Severe plastic deformation,SPD)可将7×××系铝合金加工成超细晶材料,进一步提升其强度以满足工业需求。挤出切削(Extrusion machining,EM)是近年来兴起的一种SPD工艺,它可使被加工材料同时经历挤压与剪切的双重作用,并形成形貌规整的超细晶切屑。常温切削过程中会产生的大量切削热,使切屑发生退火,力学性能受损,此外,7×××系铝合金在常温下难以变形加工,为了克服以上缺陷,本文提出了一种新的工艺,即深冷挤出切削(Cryogenic Temperature Extrusion Machining,CT-EM)。本文从金属切削理论入手,以实验研究为基础,结合数值模拟技术,以7075铝合金为研究对象,对CT-EM加工中超细晶切屑的成形机制,晶粒尺寸预测,微观组织演变,力学性能优化,时效行为,及热稳定性等进行了系统的研究,取得的主要研究成果如下:建立了CT-EM的热-力耦合有限元模型,利用基于位错密度模型的本构方程实现了对切屑晶粒尺寸的预测。利用流动网格法模拟了EM过程中材料的变形过程,并将其划分为初始切入、切屑成形、稳定成形三个阶段;研究了压缩比、刀具前角对切削区参数诸如等效应变、应变率、切削温度、切削力的影响规律;预测了切屑内晶粒尺寸的分布,模拟与实验结果具有良好的一致性;这为后续试验参数的选择和微观组织优化提供前期指导。从宏观形貌与微观结构两方面分析加工温度对切屑形态的影响机制。结果表明,CTEM制备出的切屑呈连续的带状,表面形貌良好,切屑成形也更充分,而RT-EM的切屑呈不连续的分段式,且表面有很多裂纹。证明了7075铝合金切屑的成形具有温度依赖性,低温处理会抑制材料内的动态回复和团簇结构的出现,从而增加位错的积累能力,提高材料的加工硬化能力和和延展性。提出了CT-EM结合人工时效优化切屑组织与力学性能的工艺,系统地研究切屑的组织演变与强化机制。利用各种微结构表征技术分析了不同切削参数下切屑的晶粒形态、位错密度、以及二次相的转化;利用维氏硬度计和万能材料试验机分别测试了切屑的硬度与强度;对超细晶切屑实施人工时效处理,优化切屑微观组织,进一步提升其力学性能。结果表明,切屑的微观组织被极大地细化,同一切削参数下,CT-EM切屑内的晶粒尺寸更小,位错密度更高,其力学性能也要优于RT-EM;CT-EM切屑经过120℃,20h的时效处理后达到峰值硬度,GP区和η?相在这一阶段发挥了主要的强化作用,深冷处理可加速二次相的析出动力;切屑的拉伸断裂方式为韧性断裂与脆性断裂的混合,时效处理增加了切屑的塑性。探究了CT-EM切屑在不同退火温度下的热稳定性。对切屑进行150-400℃,1h的退火处理,研究了晶粒的长大机制,二次相对再结晶的影响,再结晶分数与硬度的关系等。结果表明,随着退火温度的升高,切屑的晶粒尺寸增大,位错密度减小,二次强化相经历了从析出到重新溶入基质的过程,二次相对晶界的钉扎作用降低,再结晶分数变大,经过350℃的退火后,切屑组织发生了完全的再结晶行为,经过400℃退火后的晶粒尺寸从亚微米级跃升至微米级,热稳定性丧失,据此可判定CT-EM切屑在≤350℃内具有较好的热稳性能。