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随着材料科学的发展,大塑性变形法(severe plastic deformation,SPD)已被证明为制备超细晶材料行之有效的方法,等径角挤压法(equal channel angular extrusion,ECAE)和挤扭法(twist and extrusion, TE)是大塑性变形法中的两种基本方法,这两种工艺在制备块体超细晶材料方面体现出许多共同的优势,但在细化晶粒效果等方面皆存在着细化能力不足的缺陷,而其他大塑性变形方法皆不宜用于制备块状超细晶材料。因此,探索新型高效的大塑性变形方法对于制备块体超细晶材料意义重大。本文在ECAE和TE两种工艺方法的基础上,结合两者基本原理,探索了了一种新型大塑性变形方法——等径角挤扭法(equal channel angular extrusion and twist,ECAE-T)。等径角挤扭的通道是在ECAE后附加一个TE通道形成的,以此来增加材料通过转角时的静水压力,并增大一次挤压变形量,从而改善组织结构,更好的细化晶粒,针对此种工艺的探索研究在国内外尚属首次。本文采用有限元软件Deform-3D以对纯铝ECAE-T过程进行有限元模拟分析,得出了其变形特征及应力应变分布情况,分析了其载荷变化规律。采用单因素比较方法对影响ECAE-T变形的几何形状因素(如螺旋角β、截面转角γ及ECAE与TE通道间的过渡距离L1)和工艺参数(如接触摩擦条件m、变形温度t及变形速度v等)进行了系统的研究,全面分析了各工艺参数对ECAE-T变形行为的影响以及对成形过程中的应力、应变和载荷等场量的影响,这为ECAE-T主要工艺参数的优化及模具设计提供了理论依据。在上述模拟分析的基础上,基于实验室200T压扭机设备,采用二层预应力组合凹模结构,首次设计并制造了ECAE-T模具,并通过实验验证了模具设计合理,强度足够,证实了模拟分析结果与实验的一致性。为了对ECAE-T变形进行更加深入的研究,分析其相对于ECAE的优越性,本文首次进行了纯铝ECAE-T实验研究,通过与ECAE实验结果的对比,得出了ECAE-T的形变量大,细化晶粒能力强等特性。本文进一步研究分析了ECAE-T在不同道次(1、2、3和4个道次)下的组织形貌演变情况,并进行了拉伸实验来研究其力学性能的变化,初步分析了其组织演变机理。这些实验结论为模拟分析做出了最直接的验证,所进行的研究为ECAE-T晶粒细化机理的研究提供了实验素材。