超细晶材料具有良好的力学性能和特殊的物理性能,近年来受到材料学家们的广泛关注。等径角挤压工艺是一种通过剧烈塑性变形制备超细晶材料的方法。等径角挤压工艺中,施加载荷使试样通过润滑良好且截面积相等的相交通道。试样在通过变形区时会发生简单剪切变形并获得很大的应变量,从而细化晶粒,改善组织形貌,最终提高材料的性能。本文研究了等径角挤压工艺中变形过程,得到了简单剪切应变及正应变公式,采用有限元数值模拟的方法证明了公式的正确性,并通过对挤压后的试样进行表征进一步验证了有限元模拟结果。分析了等径角挤压不均匀性产生的原因,提出应变状态决定了组织的不均匀性。通过滑移系法、有限元法以及上限法得到了挤压载荷公式,通过实测载荷位移曲线对载荷公式进行验证。分析了等径角挤压简单剪切变形原理,得到了简单剪切应变公式。通过剪切变形公式发现,剪切应变γ与圆角半径差与宽度的比值(Rint-Rext)/D之间呈线性关系,斜率仅与模具内角Φ有关,采用有限元方法对简单剪切变形进行验证。研究了不同位置的节点速度和实际圆角半径的变化规律,发现节点速度和实际圆角半径不同是产生等径角挤压后的试样不均匀的原因,并对简单剪切应变公式进行了修正。对304L不锈钢与Ti49.2Ni50.8合金分别进行显微硬度测试与马氏体相变行为分析,证明试样的中心变形量高于外侧,与有限元模拟结果吻合较好。分析了等径角挤压正应变变形原理,得到了正应变公式。通过正应变公式可以发现,正应变ε与圆角半径差与宽度的比值(Rint-Rext)/D之间呈线性关系,斜率仅与模具内角Φ有关。当Rext-Rint=D,或者模具内角角度为180°时,理论计算的正应变为0,即不发生正应变。采用有限元模拟结果验证了正应变理论公式,并用实际节点圆角半径代替模具内外角圆角半径,完善了正应变的理论公式。通过304L奥氏体不锈钢金相结果及显微硬度结果证明了正应变的存在。讨论了模具参数、材料参数以及挤压路径对应变分布规律的影响发现:R0-1R0-0.5结构的模具,制备的试样不同位置节点的等效应力具有很好的线性相关性。考虑应变状态的变化时,R0-0.3R0-0.2结构的模具制备的试样具有更好的均匀性;发现随着模具内角角度的增加,试样的均匀性会提高;随着摩擦系数的增加,试样的均匀性先提高后降低;随着材料的加工硬化系数增加,试样的均匀性会提高。两道次挤压后C路径具有最好的均匀性,而四道次和8道次下Bc路径具有最好的均匀性。通过显微组织照片及显微硬度测试证明了有限元模拟结果。等径角挤压可以有效的提高材料的强度,但是塑性会降低。等效应变量与抗拉强度,显微硬度成正比例关系,通过显微硬度分布可以表示等效应变分布情况。应变状态决定了材料显微组织形貌,显微组织形貌决定了材料的性能,在讨论等径角挤压试样不均匀性时,需要考虑试样不同区域的应变状态。等径角挤压过程中,受到阻力主要有摩擦阻力和变形力。根据上限法和滑移线法,得到了相同的材料变形阻力的表达式,并通过有限元方法验证了变形阻力的结果。分析了内角圆角、屈服强度以及加工硬化系数对变形阻力的影响规律。实测载荷曲线可以分成两个阶段,第一阶段载荷峰值差值与试样长度的差值成正比例关系;第二阶段载荷曲线斜率相同,斜率和不同应变对应的强度差成正比;Ⅱ区域的摩擦力与主应变区的变形阻力成正比例关系。通过实测载荷曲线和真应力—真应变曲线确定了公式中的不同区域的强度参数,实测载荷曲线验证了挤压载荷理论公式。