Orientador: Angelo Fernando Padilha

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: As ligas do sistema Nb-Ti, na forma de cabos multifilamentares, são utilizadas principalmente na construção de máquinas e equipamentos supercondutores. A possibilidade de se controlar as principais propriedades supercondutoras finais por meio de tratamentos metalúrgicos apropriados e a alta...

Resumo: As ligas do sistema Nb-Ti, na forma de cabos multifilamentares, são utilizadas principalmente na construção de máquinas e equipamentos supercondutores. A possibilidade de se controlar as principais propriedades supercondutoras finais por meio de tratamentos metalúrgicos apropriados e a alta dutilidade destas ligas, são as características que permitem sua ampla uti­lização. Este trabalho inicialmente discute, à luz do entendimento atual dos fenômenos, aspectos como a influência das características microestruturais nas propriedades supercondutoras e a influência do processamento mecanotérmico sobre as transfor­mações microestruturais. Em seguida é descrita a sistemática utilizada na obtenção de lingotes de iigas supercondutoras de Nb-Ti com diâmetro de 50 mm e 200 mm de comprimento, por fusão em forno de fei­xe eletrônico. Foi também desenvolvida uma metodologia para o acompanhamento das transformações microestruturais de ligas Nb-Tl com teores de titânio na faixa de 44 a 53% em peso. Os lingotes no estado bruto de fusão foram deformados a frio por forjamento rotativo. Os graus de deformação aplicados foram condicionados pelo diâmetro final da barra, o qual deve ser apropriado para o início do processo de fabricação dos cabos compósitos multifilamentares supercondutoras. A necessidade de uma ampla caracterização microes­trutural das barras de partida, prende-se ao fato de servir de referência para as propriedades finais dos cabos supercondutores. Devido a isto foi dada atenção a aspectos como: variação da com­posição e microdureza ao longo do lingote e das barras, desenvol vimento de células de deformação, fração recristalizada, tamanho de grão, precipitação e textura em função das variáveis, grau de deformação, temperatura e tempo de tratamento térmico. Foram utilizadas técnicas de análise química e microestrutural tais como: absorção atômica, detecção cromatográfica de gases (N2 e 02)' difração de raios X, metalografia ótica qualitativa e quantitativa, microscopia eletrônica de transmissão e microdureza. Do ponto de vista tecnológico, os resultados obti­dos permitem estabelecer as condiçôes de processamento de barras de Nb-Ti com composição, diâmetro e granulometria definida. Do ponto de vista de mecanismos básicos, os resultados obtidos possibilitam conclusões a respeito dos fenômenos que ocorrem duran­te o processamento do material, tais como: encruamento, homogeneização, recuperação, recristalização, crescimento de grão e recristalização secundária.

Abstract: Multifilamentary cables of Nb-Ti alloys have been used mainly in superconducting engines and devices. These alloys have high ductility and their final most important superconducting properties can be established by suitable metallurgical procedures. In this work the influence of the...

Abstract: Multifilamentary cables of Nb-Ti alloys have been used mainly in superconducting engines and devices. These alloys have high ductility and their final most important superconducting properties can be established by suitable metallurgical procedures. In this work the influence of the microstructural characteristics on the superconducting properties and of the mechanothermal processing on the microstructural transformations are discussed. All the steps for the preparation of 50 mm x 200mm Nb-Ti ingots by electron beam melting are described in detail. A procedure to follow the microstructural transformations in the Nb-Ti alloys with titanium content in the 44-53 wt% range is also presented. The ingots after fusion were cold worked by swaging. The deformation grades have been designed according to the final rod diameter; there is a required rod diameter for the fabrication, of the superconducting composite multifilamentary cables. A broad microstructural characterization of the starting rods is necessary because it is the base for thefinal properties of the superconducting cables. Hence attention has been paid to the composition and microhardness variation along the ingot and the rods, the development of deformation cells, the recrystallized fraction, the average grain size, the precipitation and texture as a function of deformation grades, annealing temperature and time. Chemical as well as microstructure analyses have been carried out by means of the follow.ing techniques: atomic absorption gas (N2 and 02) chromatography, X-ray diffractometry, qualitative and quantitative optical metallography, transmission electron microscopy, and microhardness. The main results show that from the technological approach, the procedures for the preparation of Nb-Ti rods with well defined composition, diameter and granulometry are established; from the basic mechanisms approach, an understanding of several phenomena ocuring during processing, namely, work hardening, homogenization, recovery, recrystallization, grain growth and secondary recrystallization is attained.