【摘 要】
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NbTi合金由于具有优异的超导性能、加工性能及其相对低廉的成本,主要以细芯化、多芯化的NbTi/Cu多芯复合超导线材的应用形式,成为目前超导领域应用最广泛的低温超导材料之一。NbTi/Cu多芯复合超导线的制备是采用多道次集束拉拔成形,是一种极端大变形、跨尺度的塑性成形过程。在多道次大变形下,随着累积变形量不断增大和芯丝直径不断减小,NbTi合金的材料自身特性发生改变。同时,线材的几何特征尺寸及晶粒
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NbTi合金由于具有优异的超导性能、加工性能及其相对低廉的成本,主要以细芯化、多芯化的NbTi/Cu多芯复合超导线材的应用形式,成为目前超导领域应用最广泛的低温超导材料之一。NbTi/Cu多芯复合超导线的制备是采用多道次集束拉拔成形,是一种极端大变形、跨尺度的塑性成形过程。在多道次大变形下,随着累积变形量不断增大和芯丝直径不断减小,NbTi合金的材料自身特性发生改变。同时,线材的几何特征尺寸及晶粒尺寸对于材料变形行为影响愈发显著,从而影响NbTi/Cu多芯复合线材的多道次集束拉拔成形过程和成形质量。如何在NbTi合金线材成形工序间对材料组织和材料性能进行调控,准确把握NbTi合金线材的微观组织与材料宏观力学响应的关联关系,是NbTi/Cu多芯复合线材集束拉拔过程中成形成性控制迫切需要解决的问题。本文以实验为主,结合理论分析和有限元模拟,对NbTi合金线材的热处理微观组织、变形行为和材料本构关系进行了研究。主要的研究内容和结论如下:（1）通过热处理调控NbTi合金线材的微观组织,探讨了热处理对NbTi合金线材微观组织的影响规律。发现:随着热处理温度升高和热处理时间增加,NbTi合金晶粒长大,晶粒尺寸均匀性严重下降,混晶程度增大,晶粒择优取向不明显,NbTi合金晶粒主要以再结晶晶粒和小角度晶界为主。建立了关联热处理温度和时间的NbTi合金晶粒长大方程:d2=3032809exp（-84044/RT）和 d=0.4+13.89t0.3。（2）通过室温单向拉伸实验,探明了 NbTi合金线材几何特征尺寸和晶粒尺寸比值对材料变形行为和断裂机制的影响。研究发现:线材尺寸（D）和晶粒尺寸（d）对NbTi合金线材的应力应变曲线和力学参数影响显著;随着尺寸因子D/d值的减小,NbTi合金线材的抗拉强度和屈服强度均有所上升,屈强比增大,伸长率呈现逐渐降低的趋势;NbTi合金硬度随着尺寸因子D/d值的减小不断增加;随着尺寸因子D/d值的减小,NbTi合金线材断口从切断断口向混合断口转变,且断面与拉伸方向间的夹角逐渐增大,NbTi合金线材的断裂方式由韧窝断裂向准解理断裂转变。（3）构建了 NbTi合金线材弹性变形阶段,NbTi合金线材弹性模量、屈服强度与尺寸因子的函数关系:E=exp[11.23-0.22 D/d+8.46 ×10-5 ×（D/d）2],σs=967.11-5.43D/d+3.89 × 10-3 ×（D/d）2。建立了 NbTi合金线材均匀变形阶段,考虑尺寸因子的NbTi合金线材拉伸变形本构方程:σ=967.11-5.43D/d+3.89 × 10-3 ×（D/d）2+26.86exp[15/（D/d）]ε0.16exp（-0.72+0.04D/d）并采用实验和数值模拟的方法验证了 NbTi合金线材拉伸变形本构方程模型的准确性。
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