塑性变形方式对纯铌棒材组织和性能的影响.pdf
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1、本试验对采用“挤压 轧制”、“挤压 锻造”、“锻造 轧制”、“锻造 锻造”种工艺制备的 铌棒进行真空退火、金相组织和力学性能的研究。结果表明,总加工率相同时,变形方式的改变对棒材的再结晶温度影响较小,种工艺棒材均在 开始再结晶,完成再结晶。相比“挤压 轧制”和“锻造 锻造”工艺,“挤压 锻造”、“锻造 轧制”克服了单一加工方式变形不均匀的缺点,获得了组织均匀的棒材。其中,采用“挤压 锻造”工艺制备的棒材性能最好,晶粒平均尺寸为 ,抗拉强度超过 ,断裂延伸率超过 ,且边部和心部的差异很小。关键词:纯铌;挤压;锻造;轧制;组织中图分类号:文献标识码:文章编号:()金属铌具有超导转变温度高、塑性好、
2、室温加工性能优异等特点,是目前制备 复合超导体的关键原材料之一 。随着近几年 在粒子加速器和核聚变等高场超导磁体领域应用越来越广泛,铌的需求也随之增加。青铜法制备 超导线材过程中,铌棒被嵌入 基材,经挤压、拉拔、扭转等工序制成直径 线材,棒材承受的总变形量超过 ,这对超导线材用铌棒的性能提出了很高的要求 。等人的研究表明,晶粒组织均匀细小的铌棒在复合超导体中变形更均匀,不易发生断线,并且对线材的承载电流能力产生积极地作用 。超导线材用铌棒对材料的杂质元素有较高的要求,因此工业中制备铌棒一般使用电子束熔炼提纯的铌锭作为原料。然而,电子束熔炼铌锭内部的柱状晶十分发达且尺寸严重不均匀,晶粒尺寸最大可
3、达厘米级,这种铸态大晶粒是导致后续纯铌棒材金相组织不均匀乃至线材拉伸长度不足的主要原因 。迄今为止,等径角挤压和高压扭转被认为是制备细晶材料的最有效工艺,但这两种方法目前还局限在实验室内,因此铌纯铌棒材的工业生产还需在常规工艺上进一步改善 。传统单一塑性变形如挤压、轧制或锻造不仅很难保证纯铌棒材组织在其横截面上的均匀性,并有随着棒材直径越大组织不均匀程度加剧的现象,直接影响后续线材的加工可靠性。因此,本文为了制备晶粒尺寸均匀细小的纯铌棒材,提高棒材的综合性能,从不同塑性变形方式相结合的角度入手,研究纯铌棒材组织性能。试验试验选取经过三次电子束熔炼提纯、规格为 的铌铸锭作为原料,铸锭的化学成分见
4、表,满足 要求。表 试验铌铸锭的化学成分 元素 含量 余量本试验首先进行挤压或锻造进行纯铌铸锭的一次变形,制备得到 中间规格棒材;随后,采用轧制或锻造的二次变形制备直径为 纯铌棒材,具体试验工艺方案 、见表 。表 中挤压、轧制、锻造均是在室温条件下进行,其中锻造的道次压下量为 ,轧制的道次总数为 。第 期郝小雷,等:塑性变形方式对纯铌棒材组织和性能的影响表 纯铌棒材加工方案工艺方案一次变形方式,加工尺寸 二次变形方式,加工尺寸 挤压,轧制,挤压,锻造,锻造,轧制,锻造,锻造,为研究不同加工方式对纯铌棒材组织性能的影响,对 纯铌棒材分别在 、真空退火,保温均为 ,然后进行硬度、金相组织和力学性能
5、测试。硬度在 自动维氏硬度计进行,检测纯铌棒材直径上等距的 个点并求取平均值,试验载荷为 ,保压 。研磨腐蚀后,采用 金相显微镜观察横截面金相组织。室温拉伸试样按标准制取,采用万能力学试验机进行测试。结果与分析 加工方式对棒材再结晶温度的影响经过不同温度退火后 纯铌棒材硬度值变化如图 所示。从图 可以看出,工艺 、制备的棒材硬度随温度变化趋于一致。冷加工的金属在退火过程时会发生回复和再结晶,回复过程主要是以宏观内应力的消除为主,组织仍以严重畸变晶粒形式存在,位错密度变化不明显使得硬度变化很小,可知 以下铌棒内部只发生回复过程 。随着退火温度的升高,铌棒内部发生无畸变的细小等轴晶粒逐渐取代畸变晶
6、粒的形核行为,进入再结晶阶段。再结晶发生时铌棒内部的位错密度显著降低,硬度快速下降,对应图 中温度在 之间的硬度变化,可知铌棒在 开始发生部分再结晶。当变形组织完全被等轴晶完全取代时发生图 退火温度对纯铌棒材硬度的影响关系曲线完全再结晶,继续升高温度,在晶界能的驱动下,铌棒的内部晶粒发生长大,此过程下因高密度位错已在再结晶过程基本被消除,升高温度时硬度基本趋于稳定,对应 的硬度变化。因此,通过硬度法可以初步判断,工艺 、路线加工的铌棒均在温度 发生了完全再结晶。虽然四种工艺纯铌棒材的加工路线不同,承受的应力方式有区别,但其冷变形总加工率相同,再结晶的驱动力即储存能基本相同,发生完全再结晶的温度
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