Synchrotron diffraction analysis of texture, lattice strain, and defect density in ZK10 and ZN10 magnesium alloys
Diese Studie, basierend auf Mg-Zn-Legierungen, verwendet hochenergetische Synchrotron Strahlung als Forschungsmethode, kombiniert mit EVPSC-Simulationen zur Aktivierung von Gleitsystemen, um den Einfluss der Nd-Zugabe auf die Deformation zu untersuchen. Zusätzlich wird die Mikrostrukturevolution sowie die Veränderung der mechanischen Eigenschaften während Hochtemperatur-Zugversuchen näher betrachtet.
Zunächst wird bei der Probenvorbereitung darauf geachtet, dass die Ausgangsbedingungen ähnliche Korngrößen und Mikrostrukturen gewährleisten. In-situ-Texturmessungen wurden mittels Synchrotron Beugung durchgeführt, um die Texturentwicklung während des mechanischen Prüfprozesses zu verfolgen. Anschließend wurden polykristalline Plastizitätssimulationen auf Grundlage des elastisch-viskoelastischen selbstkonsistenten Modells (EVPSC) eingesetzt, um den Einfluss der Nd-Zugabe auf die Aktivierung der verschiedenen Deformationsmodi während der Zugversuche zu erklären.
Die Hauptschlussfolgerungen dieser Studie lauten wie folgt: Die Zugabe von Nd schwächt die Textur der Mg-Zn-Legierungen ab, was zur Bildung einer Stabilen {0002} <101̄ 0 -Komponente nach dem Warmwalzen führt, die nur in der ZN10-Legierung vorhanden ist. Während der Zugversuche blieb der Volumenanteil dieser Komponente in der Nd-haltigen Legierung stabil, während er in der Nd-freien Legierung mit zunehmender Dehnung allmählich anstieg. Dies deutet auf eine direkte Beziehung zwischen der Bildung der {0002} <101̄0 -Komponente und der Nd-Zugabe hin und zeigt, dass die Zugbelastung zur Bildung dieser Komponente führen kann. Bezüglich der Aktivierung der Gleitsysteme sind Nd-haltige Legierungen unter Zugbelastung eher zur Basalgleitung geneigt, was möglicherweise auf den Einfluss von Nd auf die Versetzungseinpinnung und -gleitung zurückzuführen ist und die Basalgleitung zu einem leichter aktivierbaren Deformationsmechanismus macht. Alternativ könnte die Nd-Zugabe die Kristallstruktur oder Defektverteilung in Magnesiumlegierungen verändern, wodurch die Kristallstruktur entspannt und die Aktivierungsenergie für die Basalgleitung gesenkt wird. Dies spiegelt sich makroskopisch in der geringeren Streckgrenze der Nd-haltigen Legierungen wider. Darüber hinaus erhöht die Nd-Zugabe die kritische Schubspannung (CRSS) für prismatische Gleitung.
Es ist bemerkenswert, dass die Hochtemperaturversuche die Texturentwicklung während der Deformation nicht beeinflussten, was wahrscheinlich auf die niedrige Prüftemperatur (200 °C) zurückzuführen ist, während die Proben bereits während der initialen Verarbeitung einem 400 °C-Wärmebehandlung unterzogen wurden.
This study, based on Mg-Zn alloy, uses high-energy synchrotron radiation as the research
method, combined with EVPSC simulation of slip system activation, to investigate the effect
of Nd addition on deformation. Additionally, the microstructural evolution and changes in
mechanical properties during high-temperature tensile testing are further explored.
Firstly, during sample preparation, the initial conditions ensure that the samples have similar
grain sizes and microstructures. In-situ texture measurements were performed using
synchrotron diffraction to track texture evolution throughout the mechanical testing process.
Following this, polycrystalline plasticity simulations based on the elastic-viscoplastic selfconsistent
(EVPSC) model were used to explain the impact of Nd addition on the activity of
different deformation modes during tensile tests.
The main conclusions of this study are as follows: the addition of Nd weakens the texture of
Mg-Zn alloys, resulting in the formation of a stable {0002} <101��
0> component after hot rolling,
which only exists in the ZN10 alloy. During the tensile tests, the volume fraction of this
component remained stable in the Nd-containing alloy, whereas in the Nd-free alloy, the
volume fraction of this component gradually increased with increasing strain. This suggests a
direct relationship between the formation of the {0002} <101��
0> component and the addition of
Nd, and also indicates that tensile loading can lead to the formation of this component.
Regarding slip system activation, Nd-containing alloys are more prone to basal slip activation
under tensile loads, which may be due to the influence of Nd on dislocation pinning and slip,
making basal slip a more easily activated deformation mechanism. Alternatively, the addition
of Nd may alter the crystal structure or defect distribution in magnesium alloys, relaxing the
crystal structure and thus lowering the activation energy for basal slip. This is reflected
macroscopically in the lower yield strength of Nd-containing alloys. Additionally, the addition
of Nd increases the critical resolved shear stress (CRSS) for prismatic slip.
It is noteworthy that the high-temperature tests did not affect the texture evolution during
deformation, likely due to the relatively low-test temperature (200°C), while the samples had
already undergone a 400°C heat treatment during the initial processing stages.
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