材料对人类生活和发展都有举足轻重的作用。金属锆由于其优异的性能,在功能材料和结构材料的很多领域都有非常重要的应用前景。晶粒尺寸较大的锆因其抗辐照蠕变性能较好,主要被广泛应用于核电领域。实验中制得的纯金属锆的抗拉强度较低,在240MPa左右,但其塑性好,延伸率较高,锆和锆合金在提高其强度和韧性方向上潜力巨大。因此,在锆细晶行为方面研究成为了科学家们普遍关注的热点问题。本文以纯锆(99.99%)为研究对象,在室温下利用限定型和非限定型高压扭转的方法使其发生塑性变形,在4GPa和6GPa条件下对直径为10mm的锆片加压扭转,扭转圈数为0,1,5圈。对扭转后的试样进行硬度、抗拉强度的测试,并采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、背电子散射仪(EBSD)、扫描电子显微镜(SEM)等试验手段研究其组织结构变化,分析高压扭转工艺对纯锆组织以及力学性能的影响。研究结果显示,纯锆经高压扭转变形后在非限定型模具中,当扭转圈数为5施加压强为6GPa时,部分α相锆转变为ω相,但在扭转圈数低于5的条件下没有新相产生。硬度结果表明高压扭转使得样品中心区域硬度较低,而距试样中心较远位置的硬度明显升高,当施加压强为6GPa,扭转圈数为5时,试样中心与边缘区域的硬度相差不大。拉伸结果表明经高压扭转工艺处理后,试样抗拉强度显著提高,原始试样的抗拉强度为465MPa,而非限定模具中扭转圈数为5,施加压强为6GPa试样的抗拉强度达到1040MPa。TEM和EBSD结果表明,晶粒细化和位错增殖是材料产生优异力学性能的根本原因。通过SEM结果显示高压扭转后试样经拉伸处理后,断口处存在大量裂纹,试样断裂形式为微孔聚集断裂。