富钛偏析Nb47Ti合金均质化热加工工艺研究.pdf

哈尔滨工业大学硕士学位论文

摘要

铌钛合金具有中低磁场超导性能、优良的机械性能和加工性能以及较低的成

本等优点，而且是目前所有超导材料中唯一具有良好塑性的超导材料，所以在低温

超导材料中铌钛合金目前应用范围最广。铌钛合金具有良好的塑性，能通过工业化

热加工或冷加工制得各种超导线材。并且由于大型物理学设备的逐渐进步和核磁

共振技术在医疗领域的广泛商业应用，铌钛超导材料发展十分迅猛，几十年间便占

据了超导材料应用市场的90%，对铌钛合金超导材料的研究也涉及诸多领域。

Nb47Ti合金是铌钛二元合金中应用最广泛的合金。但Nb47Ti合金中富钛偏析的

存在，极大影响着线材的性能，不仅导致临界电流密度Jc值降低，甚至可能导致

超导磁体失超引发安全事故。此外，富钛偏析还会导致超导芯丝变形不均匀，这也

会影响超导线材的性能。因此，本课题通过热加工和热处理的方式改善Nb47Ti合

金中的富钛偏析，研究热加工和热处理对Nb47Ti合金显微组织及力学性能的变化。

本文进行了Nb47Ti合金的热变形行为研究，通过开展Nb47Ti合金热压缩实

验，得到了Nb47Ti合金在不同变形条件下的流动应力曲线，构建了Nb47Ti合金

的本构方程和不同真应变量下的热加工图，总结出了Nb47Ti合金的热加工区间：

温度850℃~1000℃，应变速率0.3s-1~5s-1。

通过对铸态Nb47Ti合金在不同条件下的高温压缩变形行为和热处理进行研究。

通过对热压缩和热处理的试样进行组织分析，得出热加工温度在800℃~1000℃之

间对富钛偏析的改善效果最好。高温扩散退火会导致富钛偏析向晶内聚集。固溶处

理对富钛偏析的改善效果明显，850℃~900℃是固溶处理对偏析改善效果最好的区

间。通过对铸态Nb47Ti合金进行拉伸实验，发现铸态Nb47Ti合金的断裂方式为

准解理断裂，均匀延伸率较低。

对较大尺寸的坯料在高温下进行了多向锻造和热处理，研究表明热加工和热

处理对富钛偏析的明显改善效果。在锻前1200℃高温扩散退火，始锻温度为1000℃，

终锻温度850℃，的多向锻造和锻后850℃×4h固溶处理后，Nb47Ti合金中的组织

为均匀的等轴晶，富钛偏析没有在晶界处偏聚，Nb47Ti合金中的富钛偏析显著减

少。通过对锻后和热处理后的试样进行拉伸实验，发现断裂方式均为韧性断裂，多

向锻造显著提高了Nb47Ti合金的屈服强度，固溶处理后Nb47Ti合金的均匀延伸

率有较大提高。

关键词：Nb47Ti合金；富钛偏析；热压缩；多向锻造

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哈尔滨工业大学硕士学位论文

Abstract

Niobiumtitaniumalloyhasadvantagessuchasmediumtolowmagneticfield

superconductivity,excellentmechanicalandprocessingproperties,andlowcost.Itis

currentlytheonlysuperconductingmaterialwithgoodplasticityamongall

superconductingmaterials,makingitthemostwidelyusedlow-temperature

superconductingmaterial.Niobiumtitaniumalloyhasgoodplasticityandcanbeusedto

producevarioussuperconductingwiresthroughindustrialhotworkingorcoldprocessing.

Andduetothegradualprogressoflarge-scalephysics