Investigation of the Dislocation Activity and Texture Development in Magnesium Alloy Sheets Containing Zinc, Neodymium, and Calcium

Ha, Changwan

In dieser Arbeit wurde der Zusammenhang zwischen der Textur, der Mikrostruktur und den Verformungsmechanismen (insbesondere der Aktivität der Versetzungsgleitung) von Mg-Legierungen untersucht, der nach thermomechanischen Behandlungen zu unterschiedlichen Texturentwicklung führt. Seltene Erdelemente (SE) sind allgemein als geeignete Elemente für eine Texturmodifizierung in Mg-Legierungen bekannt. Die Zugabe von Zn in Kombination mit den SE-Elementen zeigt eine ausgeprägte Texturmodifikation. Das Ca ist ein vielversprechendes Element, das RE-Elemente teilweise ersetzen könnte. Als Grund für die Texturabschwächung werden normalerweise verschiedene Rekristallisations-mechanismen benannt. Diese verschiedenen Rekristallisationsmechanismen erfordern eine Keimbildung mit Kornrotation in zufällige Ausrichtungen, welche in Beziehung zu den Verformungsmechanismen stehen. Es wurde eine systematische Untersuchung durchgeführt, um den Einfluss der Legierungselemente, der aktiven Verformungsmodi und deren Beitrag auf die Mikrostruktur- und Texturentwicklung zu verstehen, basierend auf der Tatsache, dass die Textur die Aktivität der Verformungsmechanismen widerspiegelt. Die Mg-Legierungen wurden in dieser Arbeit erfolgreich unter Verwendung von In-situ Experimenten am Synchrotron untersucht, um die Texturentwicklung und die Veränderung der Diffraktionsdiagramme unter mechanischen Tests bei verschiedenen Temperaturen zu verfolgen. Die erhaltenen Messergebnisse wurden unter Verwendung einer CMWP-Analyse und von EBSD-Messungen im Hinblick auf Texturentwicklung, Aktivität der Verformungsmodi und Mikrostrukturbewertungen ausgewertet. Die gegenseitigen Einflüsse zwischen aktiven Verformungsmodi und dem Rekristallisationsverhalten bei Umgebungs- und erhöhter Temperaturen wurden diskutiert. Die CMWP Analyse zeigte, dass in den Nd- oder Ca-haltigen Mg Legierungen eine höhere Aktivierung von nicht-basal und pyramidal Versetzung als in der MgZn Legierung stattfindet. Erstere wird durch Zugabe von Zn in Kombination mit Nd oder Ca verstärkt. IGMA-Verteilungen, die aus den EBSD-Messungen gewonnen wurden, bestätigen, dass die dominierende prismatische Gleitung zur höheren Aktivierung der nicht-basal Versetzung beiträgt. Die Texturentwicklung zeigt ein offensichtliches Charakteristikum für alle untersuchten Bleche, nämlich eine Verbreiterung des basalen Pols senkrecht zur Verformungsrichtung und eine Verstärkung des 〈101ത0〉 Pols in Verformungsrichtung. Die Zn-Zugabe in Kombination mit Nd oder Ca zeigt eine ausgeprägtere Texturentwicklung im Vergleich zu einer alleinigen Zugabe von Nd oder Ca. Die Zugabe von Zn ohne Nd oder Ca zeigt eine weniger ausgeprägte Texturentwicklung. Bei erhöhten Temperaturen wird bei dem bei 100°C deformierten ZK10 eine verstärkte Aktivierung nicht-basaler Versetzungen beobachtet. Gewölbte Korngrenzen und feinere Körner an den Korngrenzen, also der Beginn der dynamischen Rekristallisation, werden bei dem bei 200°C verformten ZK10 beobachtet. Im Gegensatz dazu werden die gleichmäßige Verformung und die Verzögerung der thermisch aktivierten Prozesse, z.B. eine dynamische Erholung und eine dynamische Rekristallisation, in den anderen Legierungen beobachtet. Diese Verzögerung ist durch die Zugabe von Zn mit Nd oder Ca stärker ausgeprägt.

This work investigates the interrelationship among the crystallographic texture, microstructure, and deformation mechanisms, especially dislocation slip activities, in the Mg alloys accompanying the different texture formations after thermomechanical treatments. The rare-earth (RE) elements are generally known as a tailored element to texture modifying in Mg alloys. The addition of Zn combined with the RE elements exhibits a more pronounced texture modification. The Ca is regarded as a promising element that could partially replace RE elements. It has been usually noted that various recrystallization mechanisms ascribe to the texture weakening in the Mg alloys. The various recrystallization mechanisms require nucleation with grain rotation towards random orientations, which are relevantly correlated to the deformation mechanisms. A systematic investigation is emphasized to understand the influence of alloying elements, the active dislocation slip activities, and their contribution to the microstructure on the texture development based on the fact that the texture reflects the deformation mechanisms. In this work, the Mg alloys were successfully investigated by using in-situ experiments at a synchrotron for tracking texture development and change of diffraction patterns under mechanical testing at different temperatures. The obtained results were evaluated using convolutional multiple whole profiles (CMWP) analysis and electron backscattered diffraction (EBSD) measurement in terms of texture development, dislocation slip activities, and microstructure evaluations. The mutual influences between active deformation modes and recrystallization behavior at ambient and elevated temperatures were discussed. The higher activations of non-basal and pyramidal dislocations in the Nd or Ca containing Mg alloys compared to the Mg-Zn alloy were found in the CMWP analysis. The former is enhanced by the addition of Zn combined with Nd or Ca. In-grain misorientation axes (IGMA) distributions obtained from the EBSD measurement confirms that the predominant prismatic slip contributes to the higher activations of non-basal dislocation. The texture evolution shows an obvious feature for all examined sheets, which is a broadening of the basal pole perpendicular to the loading direction and a strengthening of the 〈101ത0〉 pole at the loading direction. The Zn addition in combination with the Nd or Ca shows a pronounced evolution of texture, compared to a sole addition of Nd or Ca. The Zn addition without Nd or Ca shows a less pronounced texture development. At elevated temperatures, the enhanced activation of non-basal dislocations is observed in the ZK10 deformed at 100°C. The serrated grain boundaries and fine grains at the grain boundaries, i.e. the onset of dynamic recrystallization, are observed in the ZK10 deformed at 200°C. In contrast, the uniform deformation and the retardation of the thermally activated processes, e.g. dynamic recovery and dynamic recrystallization, are observed in the other alloys. This retardation is more pronounced with the simultaneous addition of Zn with Nd or Ca.

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Ha, Changwan: Investigation of the Dislocation Activity and Texture Development in Magnesium Alloy Sheets Containing Zinc, Neodymium, and Calcium. Clausthal-Zellerfeld 2021. TU Clausthal.

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