The use of magnesium alloys in automotive body panels can significantly reduce the weight. However, magnesium wrought alloys have limited formability associated with its hexagonal close-packed structure and preferred crystallographic orientation (texture). Several approaches have been considered to alter or weaken the unfavourable texture and this research looked at the effect of precipitation formed during warm working as a means to improve the formability.

Two alloys, Mg-3Al-2Sn (AT32) and Mg-3Al-3Sn (AT33) (in wt%) were designed using the CALPHAD (Calculation of Phase Diagram) method with the goal of AT33 would form significantly higher amounts of precipitates during deformation or post-deformation annealing compared to AT32. Dynamic behaviour was studied by uniaxial hot compression of the alloys at different temperatures, strain rates and strains. Static behaviour was studied by annealing both the hot compressed and cold rolled specimens for different times and temperatures. Microstructure evolutions during the deformation and subsequent isothermal annealing were studied using optical and electron microscopy, and the texture evolution was studied by X-ray texture measurements and EBSD (electron backscatter diffraction) techniques.

The first part of the investigation focused on the effect of alloy composition and processing conditions on the evolution of microstructures during the uniaxial hot compression of the two alloys. The results indicated that the amount of strain-induced precipitation in AT33 was approximately double that of AT32 under most deformation conditions. Precipitation levels increased with decreasing temperature, increasing strain rate and increasing strain. Dynamic precipitates mostly formed on the dynamic recrystallized grain boundaries. The findings also revealed that higher amounts of precipitates reduced the volume fraction of dynamic recrystallization and refined the dynamically recrystallized grain size.

In the second part, the annealing response of partially dynamic recrystallized structures, as defined by a bimodal grain size due to necklacing, was investigated by characterizing static recrystallization and precipitation behaviours, grain coarsening and texture evolution. The results showed that the static recrystallization of partially dynamic recrystallized structure progressed by the recrystallization of the coarse grained unnecklaced regions to fine grains;​ the fine grained necklaced regions coarsened, but this was not part of the recrystallization stage. It was found that increasing levels of preexisting precipitates on dynamic recrystallized grain boundaries inhibited static recrystallization as well as grain coarsening, by grain boundary pinning. The results also showed that the texture was weakened during static recrystallization and strengthened in the grain coarsening stage after the completion of static recrystallization. The presence of high vol% precipitates at the grain boundary inhibited the texture strengthening by inhibiting grain coarsening.

In the final part, the static recrystallization behaviour of cold rolled (at 120°C) Mg-Al-Sn alloys was investigated by annealing the specimens at various temperatures and times. It was found that static precipitates can only form extensively after static recrystallization, at the recrystallized grain boundaries, and these retard grain coarsening after the completion of static recrystallization. The presence of precipitates at the recrystallized grain boundaries also retarded the strengthening of basal texture during annealing, by slowing grain coarsening.

L'utilisation d'alliages de magnésium dans des panneaux de carrosserie automobile peut réduire considérablement le poids de ces derniers. Cependant, les alliages de magnésium de corroyage présentent une formabilité limitée à cause de leur structure hexagonale compacte et leur orientation cristallographique préférentielle (texture). Plusieurs approches ont été envisagées pour modifier ou affaiblir leur texture défavorable et notre étude s’est focalisée sur la capacité des précipités, formés pendant et après déformation, à améliorer la formabilité.

Deux alliages, Mg-3Al-2Sn (AT32) et Mg-3Al-3Sn (AT33) (en % en poids) ont été conçus à l’aide de la méthode CALPHAD (Simulation de Diagrammes de Phases) dans le but de former, dans le cas de l’alliage AT33, des quantités significativement plus élevées de précipités en cours de déformation ou au cours d’un recuit post-déformation, par rapport à l’alliage AT32. Le comportement dynamique de ces alliages a été étudié par compression uni-axiale à chaud à différentes températures, déformations et vitesses de déformation. Le comportement statique a été étudié par recuits des échantillons, à la fois, comprimés à chaud et laminés à froid pour différentes durées et températures. L’évolution de la microstructure lors de la déformation et du recuit isotherme consécutif ont été étudiée par microscopies optique et électronique, et l'évolution de la texture a été étudiée par des techniques d’investigation de la texture par diffraction de rayons X et EBSD (diffraction d’électrons rétrodiffusés).

La première partie de l'étude s’est concentrée sur l'effet de la composition des alliages et des conditions de traitement sur l'évolution des microstructures lors de la compression uni-axiale à chaud des deux alliages. Les résultats ont indiqué que la quantité de précipitation induite par déformation au sein de l’alliage AT33 était approximativement le double de celle obtenue pour la plupart des conditions de déformation appliquées à l’alliage AT32. Le degré de précipitation a augmenté avec une diminution de température, une réduction de la vitesse de déformation et une augmentation de la déformation. Les précipités dynamiques ont été principalement formés sur les joints de grains recristallisés dynamiquement. Les résultats ont également révélé que des quantités plus élevées de précipités réduisaient la fraction volumique de recristallisation dynamique et réduisaient ainsi la taille des grains recristallisés dynamiquement.

Dans la deuxième partie, le traitement par recuit de structures partiellement recristallisées dynamiquement, caractérisées par une taille de grains bimodale issue de leur structure en collier (necklace), a été étudié en caractérisant les comportements de recristallisation statique et de précipitation, du grossissement des grains et de l'évolution de la texture. Les résultats ont montré que la recristallisation statique d’une structure partiellement recristallisée dynamiquement se déroule par la recristallisation des régions à grains grossiers ne faisant pas partie de la structure en collier, en grains fins;​ les régions à structure en collier à grains fins ont subi un grossissement, cependant cette dernière phase ne faisait pas partie de l'étape de recristallisation. Il a été constaté que des niveaux croissants de précipités pré-existants sur les joints de grains recristallisés dynamiquement inhibaient la recristallisation statique ainsi que le grossissement des grains, à cause d’un phénomène d’ancrage au joint de grain. Les résultats ont également montré que la texture a été affaiblie pendant la recristallisation statique et renforcée pendant l’étape de grossissement des grains après l'achèvement de la recristallisation statique. La présence de haute fraction en volume de précipités au joint de grain a inhibé le renforcement de la texture en inhibant le grossissement des grains.

Dans la dernière partie, le comportement de recristallisation statique des alliages Mg-AlSn laminés à froid (à 120°C) a été étudié par recuits d’échantillons à différentes températures et pour différentes durées. Il a été mis en évidence que des précipités statiques ne peuvent former abondamment qu’après recristallisation statique, aux joints de grains recristallisés, et que ces derniers retardent le grossissement des grains après l'achèvement de la recristallisation statique. La présence de précipités aux joints de grains recristallisés a également retardé le renforcement de la texture basal au cours du traitement de recuit, par un ralentissement du grossissement des grains.