Nb-Ti超导合金在热加工过程中的组织演变规律

摘要

Nb-Ti 超导合金是伯林考特(Berlincourt)1962年发现的，它的出现推动了超导性的研究和应用。这种超导体己用在高能加速器、磁流体发电、发电机以及核聚变的试验装置中。众所周知临界电流密度是超导体的一个重要的应用参数，将Nb-Ti超导合金经过不同的加工变形，其临界电流密度 J可以变化2-3个数量级，因此，通过不同加工工艺能充分改善合金的组织，使组织得到细化和均匀化，从而提高临界电流密度上。 本文以Nb-Ti超导合金为研究对象，针对该材料的成形特点，分析不同工艺条件下Nb-Ti超导合金的成形和组织变化规律。主要结论如下： 1、Nb-Ti超导合金在Gleeble-1500热模拟机上的热模拟试验，测定所需的特性参数；观察合金不同工艺条件下晶粒尺寸的变化：基于这些热模拟压缩实验的结果，利用非线形回归模型建立合金的本构关系模型。 2、在Nb-Ti超导合金自由锻时，采用了Yada模型进行晶粒尺寸的分析计算，系统深入地研究了合金在不同热力参数下的显微组织演变情况，本文所建立的Nb-Ti超导合金宏观热力参数与微观组织间的映像关系，经验证Nb-Ti合金锻造宜采用较小速度来保证变形均匀，同时降低变形热效应，防止金属过热，避免引起组织粗大和塑性下降；变形温度必须控制1000℃附近，温度过高，晶粒粗大；此外，要使组织充分细化并转变为球状组织，变形程度应大于60﹪。 3、在Nb-Ti超导合金精锻时，根据经典锻透性公式选择较大的道次变形量，会在坯料的内部产生剧烈的变形，导致局部过热，恶化组织。因此应在较大的变形量之间增加道次，给变形组织提供回复．再结晶的时间； 4、对于Nb-Ti超导合金的钉扎机制对于临界电流密度的关系进行讨论，因为沉淀相(α-Ti)和位错胞是Nb-Ti合金的重要“钉扎中心”，把沉淀相的颗粒大小，分散状况和胞状位错结构适当地匹配，才能得到优良的超导性质。

目录

文摘

英文文摘

本文的主要创新点与贡献

第1章绪论

1.1引言

1.2Nb-Ti超导合金的基本特性

1.2.1Nb-Ti超导合金的组织结构

1.2.2Nb-Ti超导合金的组织与性能关系

1.2.3Nb-Ti超导合金的成行性能

1.3Nb-Ti超导合金锻造技术的研究现状

1.3.1自由锻成行技术

1.3.2精锻成行技术

1.4数值分析技术在Nb-Ti超导合金锻造过程中的应用

1.5主要研究内容

第2章 建立Nb-Ti超导合金的本构关系

2.1引言

2.2Nb-Ti超导合金的热压缩实验

2.2.1实验材料及实验方案

2.2.2变形参数对Nb-Ti超导合金显微组织的影响

2.3 Nb-Ti超导合金本构方程研究

2.3.1实验数据的处理

2.3.2本构方程的建立

2.4本章小结

第3章Nb-Ti超导合金热变形对组织影响

3.1引言

3.2有限元数值分析方法

3.2.1材料变形过程的数值分析

3.2.2材料变形过程的传热分析

3.2.3变形与传热过程的耦合分析

3.3合金热变形分析过程

3.3.1在分析过程中的基本假设

3.3.2合金的组织演化模型

3.4分析过程

3.5Nb-Ti超导合金的开坯过程的有限元模型

3.5.1Nb-Ti超导合金的热物性参数

3.5.2网格重新划分技术

3.5.3Nb-Ti超导合金有限元模型建立

3.6Nb-Ti超导合金自由锻结果分析

3.6.1模拟结果

3.6.2试验验证

3.7精锻成形的特点

3.8Nb-Ti超导合金精锻的变形中锻透性对组织的影响

3.9Nb-Ti超导合金精锻的结果分析

3.10本章小结

第4章Nb-Ti合金微观组织与临界电流密度的关系

4.1引言

4.2Nb-Ti合金的胞状组织形成

4.3Nb-Ti合金微观组织与临界电流的关系

4.3.1影响临界电流密度值(Jc)的参数

4.3.2影响临界电流密度值(Jc)的主要因素

4.4本章小节

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢