Модифікація структури і властивостей NbTi надпровідників з використанням рівноканального багатокутового пресування

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Успіхи розвитку технічної надпровідності нерозривно пов'язані зі створенням надпровідних матеріалів з підвищеними критичною температурою, критичним магнітним полем, критичним струмом. Широке застосування NbTi надпровідників обумовлено вдалою комбінацією високих механічних властивостей і струмонесучої здатності з низькими витратами на сировину й виготовлення. Пріоритетними галузями їх використання є приладобудування для фізичних досліджень і вимірювальна техніка, медицина, енергетика, транспорт, збагачення корисних копалин, телекомунікації.

Найбільш ефективна традиційна технологія одержання низькотемпературних надпровідників на основі NbTi включає спільне деформування надпровідного сплаву і матеріалу стабілізатора й термообробку, у результаті чого формуються структура і фазовий склад, які забезпечують необхідні значення критичних параметрів. Незважаючи на досягнуті успіхи в цьому напрямку існує потреба в підвищенні функціональних властивостей зазначених матеріалів. У той же час традиційні технології виготовлення низькотемпературних NbTi надпровідників, які ґрунтуються на методах пластичної деформації з монотонною формозміною заготовки, у значній мірі вичерпали свої можливості.

Останнім часом одержали розвиток дослідження, які спрямовані на вивчення фізичних процесів інтенсивної пластичної деформації, що забезпечують подрібнення й гомогенізацію структури. При цьому способі деформування розміри заготовки, яка підлягає деформуванню, або практично не змінюються, або періодично повертаються до вихідних, що дає можливість створювати об'ємні наноструктурні матеріали з унікальними характеристиками. Найчастіше для цього використовується рівноканальне кутове пресування (РККП). У нечисленних наукових працях, виконаних на низькотемпературних надпровідниках на основі NbTi, відзначається позитивний вплив РККП на їх властивості. Однак високі робочі тиски при РККП та жорсткі умови тертя ускладнюють обробку цих матеріалів і висувають підвищені вимоги до технологічного оснащення, а необхідність здійснення багаторазової деформації знижує ефективність даного процесу. Рівноканальне багатокутове пресування (РКБКП) з використанням матриць із двома й більше зонами зсувної деформації дає можливість забезпечити багатоциклове деформування надпровідників на основі NbTi за один прохід заготовки при сприятливому силовому режимі. У сполученні з формотворними методами обробки тиском (гідроекструзією, волочінням) РКБКП може бути запропоновано як новий метод впливу на структуру надпровідника для поліпшення його функціональних властивостей.

З вищесказаного витікає актуальність досліджень, спрямованих на встановлення фізичних закономірностей формування структурного стану й властивостей NbTi надпровідників при обробках, що включають РКБКП, з метою розробки фізико-технологічних основ удосконаленої технології їх виробництва.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є встановлення закономірностей формування структури, фізико-механічних і функціональних властивостей NbTi надпровідників при інтенсивній пластичній деформації із застосуванням рівноканального багатокутового пресування для розробки фізико-технологічних основ удосконаленої технології їх виготовлення.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі основні задачі:

- дослідити можливість застосування РКБКП у технології виготовлення NbTi надпровідників;

- установити закономірності еволюції структурного стану, фізико-механічних і функціональних властивостей NbTi надпровідників після деформації РКБКП і термічної обробки;

- вивчити комбінований вплив методів РКБКП, гідроекструзії, волочіння й термообробки на структуру і фазовий склад сплавів NbTi;

- з'ясувати характер впливу деформації методом РКБКП у комбінації з гідроекструзією, волочінням і термообробкою на фізико-механічні й провідні властивості надпровідників на основі сплаву NbTi;

- розробити науково обґрунтовані рекомендації у вигляді лабораторного технологічного регламенту на виготовлення NbTi надпровідників з покращеним рівнем функціональних властивостей.

1. Фізико-механічні властивості надпровідників на основі сплавів NbTi і методи одержання надпровідного дроту

Проведені критичний аналіз, узагальнення й систематизація літературних даних вітчизняних і закордонних авторів, які стосуються вивчення факторів, що впливають на фізико-механічні й функціональні властивості NbTi надпровідників, розглянуті методи їх обробки. На підставі аналізу літературних даних сформульовані мета і задачі досліджень.

2. Характеристика об'єктів і методів досліджень

Представлені характеристики й способи виготовлення досліджуваних зразків. Подано опис методів дослідження, які використовувалися під час виконання роботи.

В якості вихідних заготовок в експерименті використовували біметалічні прутки сплаву 60Т (Nb + 60 ат. % Ti) і НТ50 (Nb + 50 мас. % Ti) у мідній (М0б) оболонці діаметром 15 мм, одержані гарячим пресуванням при 750 єС і 600 єС, відповідно. Зразки для досліджень виготовляли за двома схемами: традиційною (гідроекструзією й волочінням) і із застосуванням РКБКП.

У першому випадку заготовки деформували гідроекструзією (ГЕ) до діаметра 3,6 мм із одиничним ступенем деформації е ? 70 %.

,

де F і f - площі перерізу зразка до та після деформації), а потім волочили з е ? 20 % для одержання надпровідного дроту діаметром 0,3 мм. Іншу частину заготовок піддавали РКБКП з накопиченою величиною деформації е = 3,28 (4 проходи); 6,56 (8 проходів), 9,84 (12 проходів) і 13, 12 (16 проходів), після чого деформували ГЕ й волочінням із сумарною величиною монотонної деформації е = ln R = 7,82, де - ступінь витяжки.

РКБКП здійснювали за схемою продавлювання заготовки через 3-х кутову деформуючу систему з 4-х пересічних каналів однакового перерізу з половинними кутами перетинання и1 = 80о, и2 = 70о, и3 = 80о (рис. 2)..Для формування рівноосної структури сплаву заготовку в кожному наступному циклі пресування повертали на 180о навколо поперечної осі й на 90о щодо поздовжньої осі.

Структурні дослідження, механічні випробування, вимірювання магнітних і провідних властивостей здійснювали на зразках у деформованому й відпаленому станах. Термообробку (ТО) деформованих зразків проводили у вакуумі 10-9 Па в інтервалі температур 300 - 450 єС із витримкою до 400 годин.

3. Структура й фазовий склад надпровідників на основі сплавів NbTi

Розглянута еволюція структури й фазового складу NbTi надпровідників під дією РКБКП, ГЕ й волочіння в сполученні з ТО.

Дослідження структурного стану NbTi надпровідника за методом просвічувальної електронної мікроскопії показали, що у вихідному стані сплав 60Т має структуру високої досконалості із чітко обкресленими границями зерен із присутністю дислокаційних сіток (рис. 3, а). Розмір зерен - більше 1 мкм, густина дислокацій ~ 106 см-2. Мікродифракція підтверджує наявність текстури деформації.

Після РКБКП (рис. 3, б) границі зерен виявляються не контрастно, що свідчить про недосконалість структури й малий рівень напружень кристалічної решітки (за даними рентгеноструктурного аналізу рівень напружень Д а/а = 1,2·10-3). Спостерігаються окремі рідкі фрагменти розміром 150 - 400 нм. Густина дислокацій збільшується до 1·1011 см-2. Мікродифракція від таких ділянок свідчить про плавну розорієнтацію областей кристалічної решітки в межах колишніх зерен. РКБКП у комбінації з ГЕ приводить до формування структури з розміром зерен 100 - 150 нм із більшими кутами розорієнтації в порівнянні зі зразками, деформованими тільки РКБКП.

Чергування РКБКП і ТО при 400 єС формує однорідну за об'ємом зразка матеріалу структуру з рівноосними зернами діаметром ? 100 нм і більш високим вмістом виділень б- фази. Кількість цих виділень за даними рентгеноструктурного аналізу становить 13%. На мікродифракційній картині з'являються рефлекси, які відповідають б- фазі, що свідчить про її високу дисперсність (< 50 нм) і рівномірність розподілу.

Одержані дані свідчать про високу ефективність перетворення структури сплаву 60Т під впливом РКБКП і ГЕ в сполученні з ТО. У результаті цього впливу формується наноструктурний стан в- твердого розчину з нанодисперсними виділеннями вторинної б- фази.

Електронно-мікроскопічні дослідження структури сплаву НТ50 дали можливість встановити, що в процесі інтенсивної пластичної деформації сильно неоднорідна комірчастая структура, що спостерігалася у вихідному зразку, перетворюється в субзеренну. Застосування стандартних методів обробки тиском (екструзія й волочіння) приводить до неоднорідної за перерізом прутка фрагментації зерен. У смугах деформування фрагментація відбувається активно, субзерна з тонкими границями розтягнуті уздовж ліній плину. В інших областях - малорозорієнтовані, нечіткі субзерна з великою густиною дислокацій (~ 1010 см-2). При подальшій деформації ГЕ відбувається подрібнення субзерен до середнього розміру dср = 224 нм, однак ступінь однорідності при цьому невисокий (коефіцієнт варіації субзерен за розмірами kv ? 0,45). Підвищення ступеня деформації РКБКП з е = 6,56 до 9,84 знижує коефіцієнт варіації від 0,48 до 0,32. У дроті діаметром 3,5 мм, попередньо підданому РКБКП (е = 9,84), формується сильно диспергована субзеренна структура із dср = 107 нм і відносною довжиною границь 0,0277 нм/нм2. Для дроту, виготовленого за традиційною схемою, дані параметри відповідно склали 139 нм і 0,0216 нм/нм2.

За даними іонної мікроскопії після комбінованої обробки із застосуванням РКБКП, ГЕ й волочіння в сплаві 60Т формується дрібнокристалічний сильнодеформований стан. Дані, одержані у результаті проведення рентгеноструктурних досліджень, свідчать, що розмір областей когерентного розсіяння (ОКР) зменшується з ростом величини накопиченої деформації РКБКП і становить для е = 9,84 і е = 13,12 відповідно 60 і 55 нм. Залежність мікронапружень II роду від ступеня деформації РКБКП носить немонотонний характер з мінімумом при е = 9,84, якому відповідає Д а/а = 1,72·10-3. Параметри тонкої структури зразків сплаву, одержаних без застосування РКБКП, мають більш високі абсолютні значення: розмір ОКР - 70 нм, Д а/а = 1,91·10-3.

На прикладі сплаву 60Т показано, що РКБКП сприяє активізації процесів в- матричного розпаду з виділенням вторинної гексагональної б- фази за рахунок збільшення місць зародкоутворення (підвищення густини границь) і зменшення при цьому дифузійних шляхів атомів титану. Відмічено підвищення об'ємного вмісту б- фази (nб) у деформованому стані сплаву до 7 % при ступені деформації РКБКП е = 9,84 і ступені заключної деформації ГЕ й волочінням е = 7,82. Установлено, що існує досить вузька область ступенів деформації РКБКП, де nб досягає максимальної величини.

Виявлено відмінну від традиційної поведінку об'ємного вмісту б- фази після ТО при температурах 300 - 450 єС і витримках протягом 1 години на зразках, одержаних обробкою за схемою: РКБКП (е = 9,84) + ГЕ + волочіння (е = 7,82). Вона полягає в зниженні об'ємної кількості б- фази від 7 % до 3 %. У зразках сплаву, деформованих ГЕ й волочінням з тією же величиною деформації, але без обробки РКБКП, nб, навпаки, зростає від 3 до 7 %. Цей результат можна пояснити протіканням складних процесів зародкоутворення, виділення, розчинення й росту б- фази, виходячи з дифузійної природи в б перетворень, роллю вихідного структурного стану сплаву й часових факторів процесу. Зменшення кількості б- фази, імовірно, пов'язане з розчиненням часток б- Ti з розміром, меншим критичного, які при анігіляції дислокацій залишилися в об'ємі зерен, не потрапивши на границі.

ТО з витримкою від 1 до 40 годин зразків, одержаних за двома порівнюваними технологічними схемами, приводить до якісно відмінних залежностей кількості б- фази від часу витримки ф. Залежність nб (ф) для пропонованої схеми обробки є немонотонною, з мінімумом nб = 3,5 % при одногодинній витримці й максимальному значенні nб = 10 % у випадку ТО тривалістю 40 годин. Залежність nб (ф) для зразка, що не піддавався РКБКП, містить дві ділянки зростання nб у інтервалах витримок 0 - 1 і 16 - 40 годин, розділених мінімумом (nб = 3 %) у проміжку ф = 8 - 16 годин. Розходження в характері залежностей nб (ф) на початковій стадії ТО, що відповідають двом досліджуваним схемам деформації сплаву, обумовлені специфікою сформованої до ТО структури, зокрема, наноструктурного стану. Збільшення тривалості витримки (> 24 годин), знімаючи принципові розходження в характері досліджуваних залежностей, інтенсифікує процеси розпаду з виділенням б- фази, сприяє її росту й монотонному збільшенню об'ємного вмісту.

Таким чином, включення РКБКП у технологічну схему обробки приводить до формування високооднорідної нанокристалічної структури в- твердого розчину з нанодисперсними виділеннями вторинної б- фази, сприятливої для підвищення функціональних властивостей NbTi надпровідників.

4. Вплив комбінованої деформації із застосуванням РКБКП і термообробки на мікротвердість та механічні властивості надпровідників на основі сплаву NbTi

Представлені результати дослідження впливу комбінованої деформації із застосуванням РКБКП і ТО на мікротвердість Нм і механічні властивості NbTi надпровідників.

Показано, що мікротвердість сплаву 60Т з підвищенням ступеня деформації РКБКП від 0 до 9,84 збільшується від 1400 до 1700 МПа, а при подальшому накопиченні ступеня деформації аж до е = 16,4 змінюється мало. Аналогічно поводить себе й мікротвердість мідної оболонки. Для сплаву НТ50 мікротвердість із підвищенням ступеня деформації РКБКП від 0 до 6,56 не змінюється й становить 1440 МПа, а при накопиченні ступеня деформації до е = 9,84 збільшується до 1650 МПа.

З ростом ступеня попередньої деформації РКБКП від 0 до 9,84 і заключної деформації ГЕ й волочінням від 0 до 7,82 мікротвердість сплаву 60Т монотонно збільшується від 1400 до 3210 МПа, за абсолютним значенням перевищуючи на 10 - 20 % Нм сплаву, що не пройшов обробку РКБКП. Ефект, що спостерігається, пояснюється тим, що знакозмінна деформація підготовляє структуру сплаву до інтенсивної фрагментації при наступній монотонній деформації ГЕ й волочінням, а також виділенням дисперсних вторинних фаз.

При ТО спостерігається конкуренція механізмів зміцнення, пов'язаних з виділенням дисперсної б- фази, і знеміцнення, яке, імовірно, обумовлене анігіляцією дислокацій, перебудовою дислокаційної структури й зниженням мікронапружень в сплаві, з перевагою, в остаточному підсумку, останнього при температурах відпалу, відмінних від оптимальної (400 єС). Залежність Нм дротових зразків (Ш 0,3 мм) сплаву НТ50 від температури відпалу подібна встановленій для сплаву 60Т. Розходження спостерігаються при тих температурах, при яких починаються процеси розпаду в- твердого розчину з виділенням б- фази й здійснюється знеміцнення.

Закономірності, виявлені для мікротвердості, є аналогічними для міцності й пластичності. Випробування на розтягування біметалічного надпровідного дроту на основі сплаву 60Т показали, що при варіюванні ступеня деформації методом РКБКП границя міцності уВ і відносне видовження д зразків змінюються в межах 840 - 930 МПа й 2,4 - 3,2 %, відповідно. Максимально високий рівень пластичності забезпечується при е = 9,84. Після відпалу при найбільш сприятливій для поліпшення функціональних властивостей температурі 400 єС уВ = 700 МПа, а д = 2,9 %. Збільшення тривалості ТО від 1 до 40 годин приводить до зниження міцності дроту, виготовленого із застосуванням РКБКП, від 700 МПа до 600 МПа, відносного видовження - від 2,9 до 2,3 %. Аналогічний характер залежностей механічних властивостей спостерігається й для дроту, одержаного без застосування РКБКП. Відмінність складається в менших за величиною абсолютних значеннях цих характеристик.

Залежності механічних властивостей біметалічного дроту діаметром 0,3 мм на основі сплаву НТ50 у міді від схеми деформування й температури заключної ТО (1 година) представлені в табл. 1. Видно, що границя міцності й відносне видовження надпровідного дроту, одержаного із застосуванням РКБКП, нижче практично у всьому дослідженому діапазоні температур відпалу. Виявлені відмінності у властивостях надпровідного дроту на основі сплавів 60Т і НТ50, одержаних із застосуванням РКБКП, імовірно, пов'язані із вихідним станом матеріалів та розподілом компонент в заготовках.

Таблиця 1. Механічні властивості надпровідного дроту на основі сплаву НТ50

Отже, при обробці знакозмінною деформацією методом РКБКП з наступною монотонною деформацією ГЕ й волочінням у дротовому виробі на основі сплаву 60Т формується структурний стан, який характеризується більш високими значеннями міцності і пластичності, ніж при обробці традиційними методами. Про це свідчать відмінності в мікротвердості, границі міцності й відносному видовженні, значна технологічна здатність до деформування заготовок при накопиченні холодної пластичної деформації аж до е = 17,66.

5. Магнітні й провідні властивості надпровідників на основі сплаву NbTi

Розглянуто вплив комбінованої деформації із застосуванням РКБКП і ТО на магнітні властивості, електроопір, густину критичного струму, температуру переходу в надпровідний стан та силу пінінгу надпровідників на основі сплаву NbTi.

На прикладі масивних (5х5х5 мм3) зразків сплаву 60Т показано, що після деформації РКБКП спостерігається підвищення намагніченості сплаву внаслідок закріплення магнітного потоку на границях зерен і виділеннях б- фази. Аналіз результатів розрахунку густини критичного струму з польових залежностей намагніченості дав можливість виявити, що РКБКП приводить до збільшення струмонесучої здатності в 1,3 - 2 рази у всьому дослідженому інтервалі індукції магнітного поля. Деформаційно-термічна обробка із застосуванням РКБКП і проміжних відпалів за рахунок більш істотних структурно-фазових змін (дроблення виділень вторинної фази й збільшення її об'ємного вмісту) забезпечує підвищення густини критичного струму в 4 - 5 разів. У результаті ТО при 400 єС зразки характеризуються максимальним значенням відношення питомого електроопору при кімнатній температурі і температурі рідкого азоту с300/с77 (так називаною електричною чистотою), яке дорівнює 8,15.

Залежності густини критичного струму дроту на основі сплаву 60Т від величини деформації РКБКП - немонотонні, з максимумом при е = 9,84. Застосування РКБКП зі ступенем деформації е = 9,84 у технології виготовлення надпровідного дроту на основі сплаву 60Т збільшує густину критичного струму деформованих зразків у магнітному полі 5 Тл на 65 %. Накопичення деформації РКБКП до е = 9,84 у сполученні із заключною ТО (400 єС, 1 година) приводить до підвищення густини критичного струму в 2 рази.

Збільшення тривалості ТО від 1 до 40 годин підвищує значення густини критичного струму в малих магнітних полях. У середніх і високих полях спостерігається його зниження. Густина критичного струму зразків, одержаних із застосуванням РКБКП (е = 9,84), після ТО тривалістю 8 годин трохи вище (? 9 %) у магнітних полях 1 - 4 Тл і нижче (до 13 %) у магнітних полях 5 - 8 Тл у порівнянні зі зразками, відпаленими протягом 1 години. Подальше збільшення тривалості ТО несуттєво підвищує значення густини критичного струму в малих магнітних полях (? 2 %) і знижує їх у середніх і високих магнітних полях (до 15 %). Таким чином, 1 година є раціональною тривалістю ТО для підвищення густини критичного струму у всьому інтервалі значень магнітного поля. Підвищення Jc при відпалі пов'язане зі збільшенням об'ємного вмісту виділень б- фази, що є найбільш ефективними центрами пінінгу в малих магнітних полях. Спостережуване в середніх і високих магнітних полях (5 - 8 Тл) зниження густини критичного струму обумовлено ростом зерен і зменшенням густини дислокацій при збільшенні тривалості ТО.

Установлено, що густина критичного струму надпровідного дроту, одержаного із застосуванням РКБКП, у порівнянні зі зразками, що не піддавалися такій обробці, вище практично у всьому дослідженому інтервалі значень індукції магнітного поля незалежно від тривалості ТО.

Закономірності, виявлені для сплаву 60Т, чинні й для сплаву НТ50. Включення РКБКП зі ступенем деформації е = 9,84 у технологічну схему обробки надпровідника приводить до підвищення Jc у деформованому стані на 25 %. Заключна ТО збільшує значення густини критичного струму. Зразки такого дроту, одержані із застосуванням РКБКП, характеризуються більш високими (на 20 - 65 %) значеннями Jc у порівнянні зі зразками, одержаними без РКБКП.

Як у деформованому, так і термообробленому станах зразки біметалічного надпровідного дроту на основі сплаву 60Т, виготовлені без РКБКП, характеризуються майже в 2 рази нижчими значеннями сили пінінгу Fp. Переваги комбінованої обробки з використанням РКБКП проявляються практично у всьому дослідженому інтервалі (2 - 8 Тл) значень індукції зовнішнього магнітного поля. Максимум Fp спостерігається при величині деформації РКБКП е = 9,84.

Форма залежностей зведеної сили пінінгу Fp/Fp max від зведеної індукції магнітного поля B/BC2 визначається технологічною схемою виготовлення надпровідника. У випадку дротових зразків, одержаних за традиційною технологією, вони мають чітко виражений максимум (рис. 9). Аналогічні залежності, одержані для зразків, деформованих із застосуванням РКБКП, як правило, не мають різко виражених максимумів. Ділянки кривих зі значеннями сили пінінгу, близькими до максимального, розтягнуті по полю. Це свідчить про високу ефективність перетворення структури сплаву 60Т при комбінованій деформації, яка включає РКБКП у сполученні з ТО, а також про те, що границі зерен і нанодисперсні виділення б- Ti фактично рівною мірою є ефективними центрами пінінгу. До збільшення сили закріплення магнітного потоку й зсуву максимуму Fp у бік низьких магнітних полів при ТО, а також до розширення області максимальних значень сили пінінгу приводять, відповідно, зміна морфології й об'ємного вмісту виділень б- фази при ТО і подрібнення й гомогенізація структури під впливом комбінованої пластичної деформації.

У процесі тривалої ТО спостерігається конкуренція механізмів пінінгу, а саме ослаблення його на границях зерен і скупченнях дислокацій, пов'язане зі зниженням густини границь, перебудовою дислокаційної структури й анігіляцією дислокацій, і посилення, обумовлене виділенням великої кількості дрібнодисперсної б- фази в сплаві (рис. 10). Для надпровідника, одержаного із застосуванням РКБКП, максимум сили пінінгу Fp max в інтервалі тривалості ТО ф = 1 - 8 годин розташовується при B/BC2 = 0,41. При ТО в інтервалі ф = 16 - 40 годин Fp max знаходиться при B/BC2 = 0,25. Відповідно до існуючих уявлень у першому випадку ефективними центрами пінінгу є у фактично рівній мірі як границі нанозерен, так і нанодисперсні виділення б- Ti, у другому випадку переважний внесок у пінінгування вносять виділення вторинної фази. Для зразків, виготовлених без РКБКП, Fp max при тривалості ТО ф = 1 година й ф = 8 годин знаходиться при B/BC2 = 0,33 і 0,25, відповідно. У цьому проявляються відмінності в структурах досліджуваних зразків, що формуються при різних схемах деформації.

Установлено, що при включенні РКБКП у технологічну схему обробки сплаву 60Т температура переходу в надпровідний стан ТС не змінюється й становить 8,85 К. Термообробка (400 єС, 1 година) незначно підвищує ТС надпровідника, одержаного із застосуванням РКБКП і без нього, до 8,9 К і 8,95 К, відповідно, що може бути пов'язане з виділенням при цьому вторинних фаз. Попередня деформація РКБКП приводить до підвищення температури переходу масивних (діаметром 5 і довжиною 6 мм) зразків сплаву НТ50 з 8,95 до 9 К. Наступна деформація традиційними методами (ГЕ і волочінням) знижує ТС до 8,8 К у обох розглянутих схемах деформаційної обробки. Незначні розходження в температурах переходу досліджуваних зразків обумовлені відмінностями в напружено-деформованому стані сплаву.

У додатку А наведено технологічну схему обробки NbTi надпровідників, у додатку Б - лабораторний регламент на виготовлення експериментальної партії біметалічного надпровідного дроту з підвищеними функціональними властивостями, у додатку В - документи про використання результатів дисертаційної роботи.

Висновки

надпровідник рівноканальний титановий фазовий

В дисертаційній роботі вирішена задача щодо встановлення закономірностей формування структури, фізико-механічних і функціональних властивостей NbTi надпровідників при інтенсивній пластичній деформації із застосуванням рівноканального багатокутового пресування і розроблені фізико-технологічні основи удосконаленої технології виготовлення біметалічного надпровідного дроту на основі сплавів NbTi з поліпшеними функціональними властивостями.

1. Уперше проведені систематичні дослідження комбінованого впливу РКБКП, гідроекструзії, волочіння й термообробки на структуру, фазовий склад й фізико-механічні властивості NbTi надпровідників. Показано, що РКБКП формує субмікрокристалічну структуру з розсіяною текстурою. Наступна деформація гідроекструзією та волочінням в сполученні з термічною обробкою сприяє формуванню високооднорідної структури з великою густиною дислокацій, границь зерен і виділень - фази, сприятливої для підвищення функціональних властивостей надпровідного сплаву.

2. Установлено, що в NbTi сплавах, підданих інтенсивній пластичній деформації методом РКБКП, при проведенні термообробок відбувається прискорення процесів розпаду метастабільної в- фази в порівнянні із традиційними методами обробки тиском.

3. Виявлено, що комбінована деформація із застосуванням РКБКП приводить до істотного (до 30 %) зміцнення сплавів, а також збільшення (до 25 %) відносного видовження біметалічного надпровідного дроту на основі сплаву 60Т.

4. Установлено, що використання РКБКП при деформаційно-термічній обробці NbTi надпровідників значно збільшує силу пінінгу й зсуває її максимум у бік високих значень індукції магнітного поля. Збільшення ефективності пінінгування пов'язано з формуванням у сплаві наноструктурного стану.

5. Показано, що включення РКБКП у технологічну схему обробки NbTi надпровідників приводить до значного (до двох разів) підвищення густини критичного струму й несуттєво впливає на температуру переходу в надпровідний стан.

6. Для сплаву 60Т встановлено оптимальні параметри деформаційно-термічної обробки, яка приводить до підвищення комплексу властивостей надпровідника на його основі: ступінь деформації РКБКП е = 9,84, температура термообробки - 400 єС, тривалість термообробки - 1 година. Розроблено лабораторний технологічний регламент на виготовлення біметалічного надпровідного дроту з покращеними функціональними властивостями.

7. Виготовлено дослідну партію біметалічного надпровідного дроту на основі сплаву 60Т діаметром 0,3 мм і довжиною відрізків 200 м з покращеними функціональними властивостями, яку застосовано для виготовлення надпровідного соленоїду для досліджень магнітних та транспортних властивостей матеріалів.

Література

1. Спусканюк В.З. Влияние деформации равноканальным многоугловым прессованием и длительной термообработки на фазовый состав сплава Nb-Ti / В.З. Спусканюк, Е.А. Павловская, В.В. Чишко, В.Ю. Дмитренко, Л.Ф. Сенникова, Н.И. Матросов // Физика и техника высоких давлений. - 2005. - Т.15, №1. - С.133 - 138.

2. Матросов Н.И. Влияние равноканального многоуглового прессования на структуру, фазовый состав и свойства сплава Nb-Ti / Н.И. Матросов, В.В. Чишко, В.Ю. Дмитренко, Е.А. Павловская, Л.Ф. Сенникова, В.З. Спусканюк, В.В. Чабаненко, С.В. Васильев, Э.А. Медведская, Б.А. Шевченко // Физика и техника высоких давлений. - 2005. - Т. 15, № 1. - С.95 - 101.

3. Белошенко В.А. Исследование фазового состава и упрочнения сплава 60Т при термомеханической обработке с применением равноканального многоуглового прессования / В.А. Белошенко, В.З. Спусканюк, Н.И. Матросов, Е.А. Павловская, В.В. Чишко, Л.Ф. Сенникова, Э.А. Медведская, Б.А. Шевченко, И.М. Коваленко // Физика и техника высоких давлений. - 2005. - Т. 15, № 4. - С.45 - 53.

4. Варюхин В.Н. Влияние деформации равноканальным многоугловым прессованием и длительной термообработки на фазовый состав и физические свойства сплава Nb-Ti / В.Н. Варюхин, В.В. Чишко, В.Ю. Дмитренко, Е.А. Павловская, Л.Ф. Сенникова, В.З. Спусканюк, В.В. Чабаненко, Н.И. Матросов // Функциональные материалы. - 2005. - Т. 12, № 3. - С. 497 - 503.

5. Спусканюк В.З. Влияние равноканального многоуглового прессования в комбинации с гидроэкструзией и отжигом на структуру и свойства сплава 60Т / В.З. Спусканюк, Н.И. Матросов, В.В. Чишко, Е.А. Павловская, Л.Ф. Сенникова, Н.Н. Кабдин // Физика и техника высоких давлений. - 2006. - Т. 16, №2. - С. 43 - 50.

Размещено на Allbest.ru