OCLC: 1310301477
PROQUEST: 2700323177
The texture modification in magnesium (Mg) alloys brought by the diluted neodymium (Nd) addition was characterized, investigated, and explained in the current study. The formation of non-basal texture was validated through the investigation of Mg1Zn-xNd (noted as ZE alloys, x=0.1, 0.2, and 0.5). Different cooling paths were applied to the specimens before hot rolling and subsequent annealing. Stronger suppression of dynamic and static recrystallization (DRX and SRX) and weaker texture intensities were acquired with the decreasing of precipitation volume fraction. Eventually, non-basal texture featuring (0002) poles tilting towards the rolling direction (RD-split) and transverse direction (TD-split) was obtained in ZE-05 alloy with 0.5 wt.% Nd addition and a faster cooling rate. Therefore, the mechanism of texture weakening effect was related to the Nd in solid solution.
To explain the effect of Nd solute, precipitated ZE alloys were subjected to various solutionizing treatments to control the Nd content in solid solution. The textural transition from the intensified basal type to a dramatically weakened TD-split pattern was acquired upon post deformation annealing. This process was tracked by quasi-in-situ electron backscatter diffraction (EBSD). A broader distribution of orientations was associated with shear-band induced nucleation and the TD-split orientation stood out in the competition through preferential grain growth. Consequently, the ZE-02 exhibited the best combination of weakened TD-split texture, limited Nd usage (0.2 wt.%), and enhanced ductility (23% elongation to fracture). The scanning transmission electron microscope (STEM) observation indicated that more Nd dissolved in the matrix in ZE-02 featuring TD-split texture. In addition, prompted activation of prismatic slip was validated by the intragranular misorientation axis (IGMA) analysis and slip trace analysis. The firstprincipal calculation and molecular dynamic simulation revealed that the enhanced activity of prismatic slip is attributed to the lower stacking fault energy (SFE) and critical resolved shear stress (CRSS) brought by Nd solute. Considering the dominance of basal slip during deformation, a parameter based on the ratio of prismatic to basal geometrically necessary dislocation densities (rGNDp/b) was originally proposed. The textural transition was explained as the evolution of rGNDp/b distribution upon deformation and annealing.
To further reduce the usage of Nd, calcium (Ca) was introduced, an Mg-1Zn-0.1Nd0.2Ca (ZEX-0102) alloy and an Mg-1Zn-0.2Ca (ZX-02) alloy were designed based on the concept of promoting prismatic slip with the increased solute of alloying elements. Upon multi-pass rolling and annealing, the basal to TD-split texture transition was gradually enhanced in ZEX-0102 which can also be explained as the evolution of rGNDp/b distribution. However, the TD-split texture formed in ZX-02 experienced noticeable retardation under the same treatment, which could be due to the effect of diluted Nd on stabilizing Ca solute. The critical contents of Nd and Ca solute to trigger the formation of TD-split texture were also measured by electron probe micro-analysis (EPMA) in ZEX0102. Eventually, the texture modification performance of ZEX-0102 was examined at lower elevated temperatures. The resulting non-basal ring texture was presumably attributed to the activation of prismatic and pyramidal slip along with deformation twins.
La modification de la texture des alliages de magnésium (Mg) apportée par l'addition de néodyme (Nd) dilué a été caractérisée, évaluée et expliquée dans cette étude.
La formation d'une texture non basale a été validée par l'étude de Mg-1Zn-xNd (noté comme alliages ZE, x=0.1, 0.2, et 0.5). Différentes voies de refroidissement ont été appliquées aux échantillons, avant d’être laminés à chaud, puis recuits. Une suppression plus forte de la recristallisation dynamique et statique (DRX et SRX) et des intensités de texture plus faibles ont été acquises avec la diminution de la fraction volumique de précipitation. Finalement, une texture non basale présentant des pôles (0002) inclinés dans la direction du laminage (RD-split) et dans la direction transversale (TD-split) a été obtenue dans l'alliage ZE-05 avec un ajout de 0,5% en poids de Nd et une vitesse de refroidissement plus rapide. Par conséquent, le mécanisme de l'effet d'affaiblissement de la texture était lié au Nd en solution solide.
Pour expliquer l'effet du soluté Nd, les alliages ZE précipités ont été soumis à divers traitements de mise en solution pour contrôler la teneur en Nd dans la solution solide. La transition texturale du type basal intensifié à un motif de division TD considérablement affaiblie a été acquise lors du recuit de post-déformation, via la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) quasi in situ. Une distribution plus large d'orientations a été associée avec une nucléation induite par la bande de cisaillement et que l'orientation TD-split s'est distinguée dans la compétition par la croissance préférentielle des grains. Par conséquent, le ZE-02 présente la meilleure combinaison de texture TD-split affaiblie, d'utilisation limitée de Nd (0,2% en poids) et de ductilité accrue (23% d'allongement à la rupture). L'observation au microscope électronique à transmission à balayage (STEM) a indiqué qu'une plus grande quantité de Nd s'est dissoute dans la matrice dans le ZE-02 présentant une texture de fissure TD. En outre, l'activation incitée du glissement prismatique a été validée par l'analyse de l'axe de désorientation intragranulaire (IGMA) et l'analyse des traces de glissement. Le calcul de premier principe et la simulation de dynamique moléculaire ont révélé que l'activité accrue du glissement prismatique est attribuée à la baisse de l'énergie de défaut d'empilement (SFE) et de la contrainte de cisaillement résolue critique (CRSS) apportée par le soluté Nd. En considérant la dominance du glissement basal pendant la déformation, un paramètre basé sur le rapport entre les densités de dislocation prismatiques et basales géométriquement nécessaires (rGNDp/b) a été proposé pour la première fois. La transition texturale a été expliquée comme l'évolution de la distribution rGNDp/b lors de la déformation et du recuit.
Pour réduire davantage l'utilisation du Nd, le calcium (Ca) a été introduit et un alliage Mg-1Zn-0.1Nd-0.2Ca (ZEX-0102) et un alliage Mg-1Zn-0.2Ca (ZX-02) ont été conçus sur la base du concept de promotion du glissement prismatique avec l'augmentation de la soluté des éléments d'alliage. Après laminage et recuit, la transition de la texture basale à la texture TD-split a été progressivement améliorée dans le ZEX0102, ce qui peut également être expliqué comme l'évolution de la distribution rGNDp/b. Cependant, la texture TD-split formée dans ZX-02 a connu un retard notable de formation sous le même traitement, qui pourrait être dû à l'effet du Nd dilué sur la stabilisation du soluté de Ca. Les teneurs critiques en soluté de Nd et de Ca pour déclencher la formation de la texture TD-split ont également été mesurées par micro-analyse à sonde électronique (EPMA) dans ZEX-0102. Enfin, la performance de modification de texture du ZEX-0102 a été examinée à des températures élevées plus basses. La texture annulaire non basale résultante serait à attribuer à l'activation du glissement prismatique et pyramidal avec les jumeaux de déformation.