НДРМ

"Исследование режимов РКМУ прессования прутков сплава NbTi с целью усовершенствования структуры и повышения уровня его свойств"

Известно, что функциональные свойства сверхпроводников на основе сплава NbTi определяются в основном его структурно-фазовым состоянием: характером структуры и размером зерен (субзерен), объемным содержанием, размером и морфологией вторичных фазовых выделений [1]. Повышение токонесущей способности сверхпроводника может быть достигнуто применением на стадиях его передела от слитка до провода различных методов воздействия: легирования, холодной деформации, термообработки, облучения и других процессов, а также путем оптимизации их режимов. Традиционный способ обработки сверхпроводящего сплава NbTi основан на создании в нем мелкодисперсных структурных неоднородностей и на том факте, что выделения α-Ti являются наиболее эффективными центрами пиннинга [2-4]. Поэтому все стадии обработки должны служить цели формирования однородной субмикрокристаллической или наноструктуры на конечном диаметре провода.

Холодная деформация считается основным инструментом при получении такой структуры. Однако ее традиционные методы, такие как экструзия, прокатка и волочение, в силу своих технологических особенностей не всегда позволяют накапливать необходимую степень деформации для достижения желаемого результата. В то же время имеются процессы обработки металлов давлением, которые дают возможность реализовать это условие без изменения первоначальных формы и размеров заготовки [5]. Одним из них является равноканальное угловое прессование (РКУП) [6]. Указанный способ интенсивной пластической деформации основан на продавливании заготовки через два равных по сечению, одинаковых с сечением заготовки и пересекающихся между собой под углом 2θ = 90˚ деформирующих канала. Ему свойственны высокие степени деформации (е >1 ), уровень силового режима и тепловой эффект саморазогрева заготовки. Эффективным в отношении преобразования структуры сплава является разработанный в ДонФТИ НАН Украины новый метод равноканального многоуглового прессования (РКМУП), обладающий рядом технологических преимуществ по сравнению с РКУП [7]. Суть РКМУП заключается в реализации дробного режима деформирования в нескольких последовательных зонах сдвига при углах пересечения деформирующих каналов θ от 60˚ и более.

В настоящей работе изложены результаты применения метода РКМУП в сочетании с традиционными методами пластического деформирования и термообработки с целью повышения токонесущей способности получаемых при этом сверхпроводящих изделий.

Эксперимент

В качестве исходных заготовок использовали биметаллические прутки сплава Nb + 60 ат. % Ti (60Т) в медной матрице, изготовленные горячим прессованием при 750 ˚С. Сплав имел двухфазный состав, представляющий собой β-твердый раствор с ОЦК решеткой при малой объемной доле (~ 1 %) гексагональной α-фазы.

Прутки из сплава 60Т диаметром 15 мм и длиной 80 мм подвергали равноканальному многоугловому прессованию без изменения сечения заготовки на лабораторной установке, смонтированной на базе гидравлического пресса усилием 2,5 МН. Деформирующий блок установки для РКМУП (рис. 1) представлял собой контейнер с набором толстостенных рабочих и калибрующей втулок, размещенных и зафиксированных в корпусной обойме, поджатых и скрепленных друг с другом с помощью шпилек. Контейнер и втулки образовывали четыре рабочих пересекающихся канала одинакового по размеру сечения с половинными углами пересечения θ₁ = θ₃ = 80˚и θ₂ = 70˚.

Рис.1 Канал деформирующего блока установки для РКМУП.

РКМУП осуществляли при комнатной температуре по схеме «заготовка за заготовкой» или «фальш-заготовка за заготовкой» со степенью деформации за проход е₁ = 0,82. Величину деформации за цикл определяли по формуле:

где θ – половинный угол пересечения каналов, а накопленную деформацию как е = N·е₁, где N – число циклов. Калибрующая втулка создавала возможность реализации многоцикловой обработки по вышеуказанной схеме и обеспечивала противодавление, способствующее повышению равномерности деформации и проработки структуры. Давление прессования составляло 600…800 МПа.

Включение РКМУП в схему обработки сверхпроводящего сплава 60Т приводит к формированию достаточно однородной нанокристаллической структуры, обеспечивая высокую дисперсность и равномерность распределения выделений α-фазы. В результате чего улучшаются механические свойства и значительно повышается плотность критического тока сверхпроводящей проволоки, изготовленной из данного сплава.