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高温涂层导体材料是一种具有卓越性能的功能材料,获得高性能的韧性金属基底是制备性能优良的高温涂层导体线带材的基础。涂层导体用Ni-9.3at.%W(Ni9.3W)合金基带相比Ni-5at.%W合金基带而言,其强度更高,可以满足超导线带材的辊对辊工业化生产的强度要求;此外,Ni9.3W合金的居里温度已经降低到77K以下,从而使其在涂层导体应用中的交流损耗大大降低。然而,由于钨含量的增加,Ni9.3W合金的层错能显著降低,普通冷轧后,其再结晶立方织构难以满足涂层导体用织构基带的要求。基于以上问题,本论文开展了温轧工艺技术对Ni9.3W再结晶立方织构影响的研究,并且对立方织构的形成原因进行了讨论,论文主要取得了以下研究成果:
冷轧Ni9.3W合金基带中形变织构呈现典型的黄铜型轧制织构。在再结晶过程初期,立方晶核有微弱的形核优势,但由于大量剪切带的存在,大量的随机取向晶粒在剪切带区域形核,抑制了立方晶粒的形核优势,从而使在退火后不易得到强的再结晶立方织构。
采用温轧的工艺,促进了Ni9.3W合金形变过程中位错的滑移,使得形变织构由黄铜型轧制织构转变到铜型轧制织构。700℃的低温退火实验证明了在再结晶初期,立方晶核具有尺寸优势,而在700℃保温20小时的退火实验的结果表明,立方晶粒具有长大优势,进一步的分析表明这种长大优势不是来源于{111}/40°的特殊晶界。最终采用在700℃保温20分钟后再在1100℃保温60分钟的两步退火工艺,在Ni9.3W合金中得到了体积分数达93%的强立方织构。
对温轧Ni9.3W合金的形变织构以及再结晶初期的组织和形核的分析表明,温轧减少了剪切带的产生,从而在再结晶初期随机取向晶粒的形核数量减少。对温轧Ni9.3W合金基带在再结晶初期的高分辨EBSD分析表明,立方晶核来源于立方形变带,在再结晶初期立方晶核先于其他取向的晶粒优先形核并且具有尺寸优势,立方晶核在再结晶初期的形核优势(尺寸优势)是形成强立方织构的主要因素。由于冷轧和温轧具有接近的S织构体积分数,计算机模拟结果也表明了{111}/40°的特殊晶界数量较少,分析认为传统的取向长大理论不能完全解释在温轧Ni9.3W合金中获得强立方织构的原因。
应用Monte Carlo Potts方法,模拟了取向形核和取向长大对再结晶立方织构形成的影响。在取向长大的模拟中,设置{111}/40°特殊晶界的迁移速度是普通大角晶界迁移速度的2倍和5倍,最终均不易得到强立方织构,且立方晶粒也没有尺寸优势。这与前面分析的结果一致,即{111}/40°的特殊晶界较少,不是在温轧Ni9.3W基带中获得强立方织构的主要影响因素。而对于取向形核理论而言,其频率优势亦无法支持与实验结果一致的强立方织构。立方晶核在再结晶过程中的时间优势,即立方晶核优先于其他取向的晶核形核并且长大,可以部分的解释在温轧Ni9.3W基带中获得强立方织构的原因。
综上所述,本论文研究了温轧对Ni9.3W合金再结晶立方织构的影响,表明温轧可促使Ni9.3W合金的形变织构由黄铜型轧制织构转向铜型轧制织构。采用两步退火工艺在温轧Ni9.3W合金基带中得到了体积分数达93%的立方织构。对Ni9.3W合金的形变织构和再结晶初期形核的取向分析表明,立方晶核在再结晶初期优先于其他取向晶核形核,并且具有尺寸优势,是退火后形成强立方织构的主要原因,而基于{111}/40°的取向长大理论不能完全解释在温轧Ni9.3W合金中得到强立方织构的原因。Monte Carlo Potts模拟的结果进一步支持了其实验结果。