Влияние нестабильностей деформационных полос на мелкомасштабную текучесть Mg

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5767 (2023) Цитировать эту статью

832 Доступа

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

С использованием корреляции цифровых изображений наблюдаются распространяющиеся полосы деформации, обеспечивающие первоначальную пластичность в экструдированном сплаве Mg-1,5Nd при растяжении. Распространяющиеся полосы вызывают необычное плато в реакции напряжения-деформации сплава перед восстановлением обычного уменьшающегося наклепа при дальнейшем деформировании. Влияние полос деформации и лежащего под ней плато в напряжении течения на мелкомасштабную текучесть исследовано во время малоцикловой усталости (LCF) и растяжения образцов с надрезом. Наблюдается попеременное образование/исчезновение полос деформации в калиброванном сечении экструдированных образцов LCF во время испытаний, что приводит к сокращению срока службы по сравнению с отожженными образцами, не проявляющими нестабильности. Напротив, полосы отклоняют пластическую зону перед надрезом от главной плоскости, ортогональной приложенной нагрузке, что оказывает положительное влияние на вязкость сплава.

Сплавы, в которых возникает так называемое явление предела текучести, демонстрируют характерную стадию плато, т.е. почти постоянное напряжение течения при текучести1,2. Пластическая деформация на плато происходит локально за счет нестабильностей, таких как полосы деформации, часто называемые полосами Людерса3,4. Хотя такие явления пластической нестабильности часто наблюдаются в мягких сталях при деформации растяжения5,6, они менее распространены в магниевых сплавах7,8,9. Традиционно неоднородное пластическое течение в магниевых сплавах в значительной степени было связано с лавинообразной активностью локализованного растяжения двойников10,11. Двойникование, как важный механизм деформации в Mg, зависит от пути нагрузки относительно ориентации кристаллов зерен12,13,14,15. В частности, деформация высокотекстурированных Mg-сплавов при сжатии вдоль направления экструзии или прокатки определяется двойникованием растяжения16,17,18. Также могут возникать двойниковые каскады, когда двойники в одном зерне стимулируют двойники в соседних зернах через границу зерна11,19,20,21,22. Поскольку двойникование при растяжении вызывает незначительное деформационное упрочнение в сплавах Mg23,24,25,26, возникновение обильного двойникования, также называемого двойниковым образованием, может вызвать плато в механическом отклике27.

Вместо двойникования в некоторых магниевых сплавах, особенно содержащих редкоземельные элементы, недавно были обнаружены явления дислокационной пластической нестабильности7,9,28,29,30,31. Как и в сталях, взаимодействие между атомами растворенного вещества и/или небольшими выделениями и дислокациями в Mg может сильно влиять на поведение потока и может приводить к пластической нестабильности, обнаруживаемой на макроскопическом уровне28. Хотя впервые описанная более 150 лет назад, исследования пластической нестабильности в основном проводились на сталях32 и других металлах с объемноцентрированной кубической кубической (ОЦК)33. Количество исследований по этому вопросу в магниевых сплавах ограничено. Учитывая растущий интерес к легким сплавам34,35,36,37, теперь представляет интерес понять природу и последствия явлений пластической неустойчивости в Mg-сплавах.

Пластическая нестабильность считается нежелательным явлением во время операций формования из-за создаваемых ею неровностей поверхности, известных как деформации растяжения, полосы Людерса или Хартмана38. Еще предстоит определить, могут ли эти нестабильности оказать какое-либо положительное влияние на поведение магниевых сплавов. В испытаниях на малоцикловую усталость (LCF) амплитуды деформации обычно устанавливаются ниже 3%39,40,41. При испытаниях на вязкость разрушения пластическая зона перед вершиной трещины используется для оценки внутренней вязкости42. Эти два испытания включают небольшую пластическую деформацию и локализованную пластическую деформацию соответственно. Поскольку явления пластической нестабильности, вероятно, влияют на такие свойства мелкомасштабной текучести, в данной работе исследуются LCF и ударная вязкость сплава Mg-1,5Nd, демонстрирующего наблюдаемые явления28.