Influenza delle instabilità delle bande di deformazione sulla resa su piccola scala di un Mg

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5767 (2023) Citare questo articolo

832 accessi

1 Citazioni

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Si osserva la propagazione delle bande di deformazione per adattarsi alla plasticità iniziale in una lega di Mg-1,5Nd così estrusa sotto tensione utilizzando la correlazione dell'immagine digitale. Le bande di propagazione causano un insolito plateau nella risposta sforzo-deformazione della lega prima di ripristinare un comune incrudimento decrescente con ulteriori sollecitazioni. Gli effetti delle bande di deformazione e del plateau sottostante nello stress da flusso sullo snervamento su piccola scala vengono studiati durante la fatica a basso numero di cicli (LCF) e la tensione dei provini intagliati. Si osserva che la formazione/scomparsa alternata di bande di deformazione nella sezione di spessore dei campioni LCF estrusi durante i test riduce la durata rispetto ai campioni ricotti che non presentano instabilità. Al contrario, le bande deviano la zona plastica davanti all'intaglio dal piano principale ortogonale al carico applicato inducendo un effetto positivo sulla tenacità della lega.

Le leghe in cui si verifica il cosiddetto fenomeno del punto di snervamento presentano una caratteristica fase di plateau, ovvero uno stress di flusso quasi costante allo snervamento1,2. La deformazione plastica nell'altopiano avviene localmente attraverso instabilità come nelle bande di deformazione, spesso chiamate bande di Lüders3,4. Sebbene tali fenomeni di instabilità plastica siano frequentemente osservati negli acciai dolci durante la deformazione a trazione5,6, sono meno comuni nelle leghe di Mg7,8,9. Tradizionalmente, il flusso plastico disomogeneo nelle leghe di Mg era in gran parte associato alla valanga di attività di twining in estensione localizzata10,11. Il gemellaggio, in quanto importante meccanismo di deformazione del Mg, dipende dal percorso di carico relativo all'orientamento del cristallo del grano12,13,14,15. Nello specifico, la deformazione di leghe di Mg altamente strutturate in compressione lungo la direzione di estrusione o di laminazione è dominata dal twinning di estensione16,17,18. Potrebbero verificarsi anche cascate gemelle in cui i gemelli in un grano stimolano i gemelli nei grani vicini oltre il confine del grano11,19,20,21,22. Poiché il gemellaggio di estensione provoca un piccolo incrudimento nelle leghe di Mg23,24,25,26, il verificarsi di un gemellaggio profuso, noto anche come twin banding, potrebbe indurre un plateau nella risposta meccanica27.

Invece del gemellaggio, in alcune leghe di Mg, in particolare quelle contenenti elementi delle terre rare, sono stati recentemente identificati fenomeni di instabilità plastica indotta da dislocazioni7,9,28,29,30,31. Come negli acciai, l'interazione tra atomi di soluto e/o piccoli precipitati e dislocazioni nel Mg può influenzare fortemente il comportamento del flusso e può portare a instabilità plastiche rilevabili su scala macroscopica28. Sebbene descritti per la prima volta più di 150 anni fa, gli studi sulle instabilità plastiche sono stati condotti principalmente su acciai32 e altri metalli cubici a corpo centrato (bcc)33. Il numero di studi su questo argomento nelle leghe di Mg è limitato. Dato il crescente interesse per le leghe leggere34,35,36,37, è ora interessante comprendere la natura e le conseguenze dei fenomeni di instabilità plastica nelle leghe di Mg.

Le instabilità plastiche sono considerate fenomeni indesiderati durante le operazioni di sagomatura a causa delle irregolarità superficiali che creano note come stretcher-strains, Luders o Hartman bands38. Resta da determinare se eventuali effetti positivi che queste instabilità potrebbero offrire al comportamento delle leghe di Mg. Nelle prove di fatica a basso ciclico (LCF), le ampiezze di deformazione sono generalmente impostate al di sotto del 3%39,40,41. Nelle prove di tenacità alla frattura, la zona plastica davanti all'apice della cricca viene utilizzata per valutare la tenacità intrinseca42. Questi due test comportano rispettivamente una piccola deformazione plastica e una deformazione plastica localizzata. Poiché è probabile che i fenomeni di instabilità plastica influenzino proprietà di snervamento su scala così piccola, questo lavoro indaga la LCF e la tenacità della lega Mg–1,5Nd che mostra i fenomeni osservati28.