模具对Nb Ti/Cu超导线集束拉拔芯丝畸变的影响

使用有限元软件平台ABAQUS对NbTi/Cu多芯复合超导线集束拉拔过程进行数值模拟,研究了拉拔模具参数对芯丝畸变程度的影响。通过引入畸变因子进行量化分析,获得了集束拉拔过程中芯丝畸变极小值所对应的参数区间。结果表明:工作锥半角为6°～8°,定径带长度4.5～5.5 mm,道次加工率为20%～25%时,NbTi/Cu多芯复合超导线芯丝畸变存在极小值。     

初始多芯组合结构对NbTi/Cu超导线集束拉拔芯丝不均匀变形的影响

基于ABAQUS软件平台对NbTi/Cu多芯复合超导线集束拉拔过程进行有限元模拟,研究了多芯组合体坯料在集束拉拔过程中芯丝的不均匀变形规律及受力规律,分析了初始多芯组合结构对芯丝不均匀变形的影响。结果表明,在集束拉拔成形过程中,NbTi/Cu多芯组合体最外层芯丝变形后截面呈现不规则形状,中心芯丝及各内层芯丝截面形状趋于正六边形;由于多芯组合体边角轴上的位移约束作用显著,位于最外层边角位置的芯丝形状畸变程度最大,各内层芯丝中,位于边角轴部位的芯丝形状畸变程度要大于同层其他位置的芯丝,而优化初始多芯组合结构,能有效减小芯丝间的位移约束作用,改善芯丝的变形均匀性,提高复合超导线的临界电流密度值。     

基于模拟及实验的Cu/NbTi异温包覆挤压界面结合研究

提出Cu/NbTi异温包覆挤压,即在塑性变形过程中Cu和NbTi具有不同的温度。Cu/NbTi异温包覆挤压可以有效降低包覆层Cu的变形温度,从而减小包覆层Cu和NbTi芯间的屈服应力差值,有助于二者的协调变形。采用刚粘塑性有限元法模拟凹模入口角分别为60°,120°和180°时Cu/NbTi异温包覆挤压过程,揭示其界面结合情况。模拟结果表明,增大凹模入口角有助于减小包覆层Cu和NbTi芯间的相对伸长量,有益于二者的界面结合。根据有限元模拟优化的工艺参数,进行了Cu/NbTi异温包覆挤压实验,凹模入口角为180°。实验结果表明,该条件下Cu/NbTi包覆挤压过程中金属稳定流动,包覆层Cu和NbTi芯协调变形,二者间相对伸长量较小。实验结果与模拟结果吻合较好。     

Ti5Nb人工钉扎NbTi多芯超导体的磁通钉扎特征

采用棒基组合的装配方法、多次热挤压和冷加工相结合的工艺，制备了2种以Ti5Nb(a-Ti)作为人工钉扎中心(APC)的NbTi超导多芯线。研究了Ti5Nb APC NbTi多芯超导体的磁通钉扎力曲线特征。讨论了人工钉扎中心尺寸的大小dp对磁通钉扎力的影响。分析了Ti5Nb APC与Nb APC NbTi多芯超导体的磁通钉扎力曲线特征不同的原因。结果表明：随着线径的逐渐减小或Ti5Nb尺寸的减小，其钉扎力峰值逐渐增加，并且向更高的磁场移动。与NbAPC相比，Ti5Nb APC NbTi超导多芯线Fpmax峰值出现在更高的磁场下。     

爆炸复合法制取多芯NbTi超导体

本文介绍了采用爆炸复合加工新方法制取多芯NbTi复合超导线材的基本原理和加工工艺,测定了短样性能,绕制了磁体。结果表明,此种工艺简单易行,成品率高,是研制多芯NbTi超导材料的一种新工艺。     

爆炸加工NbTi合金复合超导线获得初步成功

1979年,我们采用爆炸复合加工的方法,成功地制得了 NbTi50合金多芯复合超导线材。目前国内外生产的多芯 NbTi 超导线,都采用 NbTi 合金坯料经两次挤压或套管一挤压,然后进行冷加工和热处理的工艺。这种方法所存在的突出问题之一就是成品率太低。以每次挤压成品率为76%计,则两次挤压的总成品率也只有58%;再经过冷轧、粗拉、中拉、时效、扭转直至最后制成复合     

NbTi和Nb_3Sn多芯超导体的冶金设计

十多年来,人们一直在研究和应用NbTi 合金超导材料;但最重要的是人们注意到了 NbTi 标准成分种类繁多的情况。低钛合金是英国帝国金属工业公司的 NbTi44;标准的美国合金是 NbTi46.5;西德的合金为 NbTi50。±2%的标准偏差几乎是一致的。高钛合金的含钛量为53—55%。众所周知,NbTi40—NbTi50合金的Tc 为9～9.3°K,4.2°K 时的 H_(c2)最高值为11万高斯。商用 NbTi 合金的 H_(c2)值如下表所示(万高斯):据报导,现在商用细芯(10微米以上)NbTi 合金复合超导体的临界电流密度一般     

析出密度及颗粒尺寸对NbTi超导体载流能力的影响

线材的制备和热处理电子束熔炼的NbTi50合金作为制备导体的原材料,将NbTi50合金锭挤压成棒材,随后用OFHC铜包套。这些单芯导体经过拉伸,以合适的方式组装成所需要的芯数,再加工成复合线。图1就是一种这样导体的横截面。拉伸过程中于390℃进行了多次中间热处理,最终变形量在80～95%之间。全部研究工作都是用61芯,铜比为1.3的0.2毫     

高临界电流密度、低损耗Cu5Ni基NbTi线材制备技术研究

重离子装置中的加速器磁体均服役在±2.25T/s的高速脉冲条件下,因此要求该种磁体所用的超导线材具有较高的临界电流和较低的损耗。针对项目需求,本文设计及制备了两种新型结构的NbTi/Cu5Ni超导线材,芯数分别为12960芯和10800芯、铜比2.0、芯丝直径均小于5 μm。系统研究了两种新型结构超导线的芯丝截面形貌、芯丝表面形貌、磁滞损耗及不同时效热处理下的临界电流密度和n值。通过优化工艺后获得了Jc(5 T、4.2 K)为2902 A/mm_²,Qh(4.2 K,± 3T)为34.2 mJ/cm_³ 的千米级NbTi/Cu5Ni超导长线,并可实现批量化生产,为重离子装置的研制提供材料基础。     

NbTi-25Ta/Cu多芯复合线的临界电流密度

本文研究了不同多次时效工艺技术对NbTi—25Ta/Cu多芯复合线临界电流密度的影响。实验结果表明,所研究的材料获得了高性能,4.2K、5T与1.87K、10T下的Jc分别达到了2.71×10~5A/cm~2(六次时效的)和1.68×10~5A/cm~2(四次时效的)。这些性能在国际相同组份超导材料中居领先地位。     

NbTi50/Cu复合超导材料中Cu-Ti扩散层的研究

本文通过高温金相、电子探针、阳极氧化、金相观察、X 光相分析和测定显微硬度等手段,研究了 NbTi50/Cu 复合超导体中Cu—Ti 扩散形成的金属化合物层的生成规律、性质及其组成;并研究了扩散层对该材料机械性能的影响,从而为选择该材料的最佳挤压(或热轧)温度提供依据。NbTi50/Cu 复合超过材料在加工过程中因 Cu 与 Ti 的相互扩散,在 NbTi 芯与 Cu的界面处形成脆性的金属化合物层,影响加工性能,导致该材料载流能力降低。我们多年来研制 NbTi50/Cu 复合超导材料的实践,认为脆性的 Cu—Ti 化合物层是造成细丝断芯的主要原因之一。本实验的目的是探讨 Cu—Ti 扩散层的生成规律、性质、组成及对该材料机械性能的影响,为选择最佳挤压(热轧)温度提供依据。为此,我们用高温金相法研究了高温及高温压缩情况下扩散层的生成规律,如不同温度下扩散的方式、变化的情况等;用电子探针测定了扩散层的厚度、描绘了扩散层的扫描曲线、测定了各相的成分;用阳极氧化法观察了扩散层;测定了扩散层的显微硬度及各种热处理制度下该材料的机械性能。据实验观察,我们认为780±3℃是 Nb—Ti—Cu 的三元共晶点。关于共晶点问题有待进一步研究。     

Nb_3Sn多芯导体的生产和性能

由于一些A_(-15)结构化合物具有突出的超导性能,人们正在努力将这类材料制成可以投产的线材。为了使超导输电稳定,就特别致力于象人所共知的NbTi多芯复合体那样的多芯复合体。与NbTi相比,A_(-15)材料,例如Nb_3Se或V_3Ge,显示出较高的转变温度,较大的运载电流密度和较高的临界磁场。因此,这类材料适于制作高磁场用的小体     

退火处理对温压Fe78Si9B13非晶软磁粉芯的影响

采用粉末冶金温压成形技术研制了Fe₇₈Si₉B₁₃非晶软磁粉芯,研究了退火处理对该种软磁粉芯的密度、磁导率、磁损耗、品质因数的作用。结果表明,当退火温度为450 ℃及以上时,磁粉芯已被晶化。在25~400 ℃范围内,有效磁导率随温度升高而迅速增大,400 ℃时达到最高值33.9（100 kHz）,随后急剧下降。随着退火的温度升高,磁粉芯的磁损耗逐渐减小,400 ℃退火时磁损耗达到最低值82.52 W/kg（100 kHz),然后会随退火温度升高迅速增大。磁损耗经退火后明显比未退火的小。品质因数随退火温度的变化趋势与磁损耗的刚好相反。磁场退火比未加磁场的退火更有利于提高磁粉芯的磁导率和降低磁损耗。     

NbTi50/Cu多芯复合超导线制造工艺的改进

前言 NbTi合金为可塑性变形的Ⅱ类超导体材料,当今已大量地用于制作10T以下的超导磁体。然而初期使用的NbTi单芯线绕成磁体后,由于退化现象,致使不能在其短样所显示的电流密度下运行,通过人们深入研究,采用了敷铜、细芯化及扭绞等办法来克服这种不稳定现象。这样崭新的NbTi     

铌钛合金超导复合体的研制和应用简况

NbTi合金超导复合体是国外应用最多的一种超导材料;它在交变的电流和磁场作用下,存在损耗和不稳定性问题。为了克服这种障碍,国外在工艺上作了不少探索和研究。结果表明:铜和CuNi合金是实用的基体材料,用铝作基体材料有若干优点;超导芯丝直径可细至5—10微米,其根数则能高达数万根;NbTi—Cu复合体的挤压温度为500—650℃,挤压比为10～60;日本所采用的热处理制度为390℃×2小时,美国以(150～400℃)×(5～250小时)和(350～550℃)×(0.5～6小时)两步时效获得了专利,苏联采用400℃×10小时或350℃×100小时退火制度,西德研究者在退火温度为350～400℃时得到了最大的临界电流密度值;扭转节距的最小值是线材外径的5倍;国外已经制得了各种超导电缆和编织带;并且正在研究添加铝、锗、铜、锆、钽等元素的多元合金化问题。美、英、日、西德等国用NbTi合金超导复合体建造了许多各种用途的磁体,本文援引了一些超导体和磁体照片,列出了磁体及其超导所用NbTi合金超导复合体材料的有关数据。     

多芯Nb_3Sn复合超导线、带材制备工艺及其超导性能

Nb_3Sn化合物超导材料具有高的临界温度,临界电流密度和高的临界磁场,是比较适用的超导材料之一。用气相沉积方法和扩散方法制取的Nb_3Sn超导带已能工业生产。由于多芯复合材料具有更好的稳定性,所以,在多芯NbTi复合超导材料发展的基础上制取多芯Nb_Sn复合超导材料广泛地被人们重视起来,而且发展速度很快。     

扭绞和宽厚比对Bi-2223超导带交流损耗的影响

在77K及在外磁场下,对具有不同扭矩的多芯Bi-2223超导带的交流损耗进行测量。该研究中所使用的样品(扭矩6～12mm)具有扭绞芯线和非扭绞芯线。在频率范围为3.33～2430Hz的正弦变化的外磁场下,对交流磁场损耗进行了测量。研究了扭绞对Bi-2223超导带的临界电流和交流损耗影响。研究发现,临界电流随扭矩的减小而减小。另外,可以观察到,在平行场下,由于扭绞带芯线的退耦,造成扭绞带中平行磁场损耗也随之减小。在垂直场下,芯线的扭绞对垂直磁场损耗的减小是不明显的,通过运用小的扭矩和选择小的宽厚比的带材,能够明显减小交流损耗。     

蓝晶石对氧化铝基复合陶瓷型芯性能的影响

在刚玉粉料中添加蓝晶石,利用原位合成方法制备了氧化铝基复合陶瓷型芯,讨论了蓝晶石含量以及烧结制度对氧化铝基复合型芯几种性能的影响.结果表明:烧结温度对氧化铝基复合陶瓷型芯蠕变性能影响较大,蓝晶石含量变化影响次之;随着蓝晶石含量增加,陶瓷型芯气孔率增加,线收缩率减小,线膨胀系数减小.随着烧结温度增加,陶瓷型芯气孔率减小,线收缩率增加.     

超细晶粒钢中晶粒尺寸对塑性的影响模型

以作者前期提出的位错塞积模型为基础,结合断裂强度与晶粒尺寸的关系,建立了晶粒细化导致超细晶粒钢总伸长率降低的临界晶粒尺寸的计算模型.以晶粒尺寸从10 mm减小到0.2 mm为例,计算结果表明,钢的总塑性伸长率随着晶粒尺寸的减小首先呈现增加的趋势,但是当晶粒尺寸减小到大约2.5 mm后,随着晶粒尺寸的减小,钢的总伸长率不仅不再增加,反而出现了显著的降低,这一结果较好地吻合了近期超细晶粒材料研究的实验现象.本工作的研究说明,导致超细晶粒钢伸长率降低的主要机制在于当晶粒细化到一定程度后,晶界对位错源开动的阻力增大,由此导致的可动位错数目显著降低使得应变量显著减少.     

西北有色金属研究院的主要研究领域(之三)——超导材料

本院是国内最早从事超导材料研究的单位之一,有数十名高、中级工程技术人员和专业人员,主要开展实用超导材料和高Tc、Hc的超导材料以及超导磁体、低温测试技术等方面的研究,取得了多项成果。例如,NbTi单芯线,高铜比复合带,多芯NbTi/Cu-CuNi届缆带,