Mg の小規模降伏に対する変形バンディング不安定性の影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5767 (2023) この記事を引用

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デジタル画像相関を使用すると、張力下で押し出されたままの Mg-1.5Nd 合金の初期塑性を調整するために、伝播する変形バンドが観察されます。 伝播するバンドにより、合金の応力 - ひずみ応答に異常なプラトーが発生し、その後、さらにひずみを加えて一般的に減少する加工硬化が回復します。 低サイクル疲労 (LCF) およびノッチ付き試験片の引張中に、変形バンディングと流動応力の基礎となるプラトーが小規模降伏に及ぼす影響を調査します。 試験中に押し出されたままの LCF 試験片のゲージ部分で変形バンドの形成と消失が交互に繰り返されるため、不安定性を示さない焼きなまし試験片と比較して寿命が低下することが観察されます。 対照的に、バンドは、適用された荷重に直交する主面からノッチの前の塑性ゾーンを偏向させ、合金の靱性にプラスの効果を引き起こします。

いわゆる降伏点現象が発生する合金は、特徴的なプラトー段階、つまり降伏時にほぼ一定の流動応力を示します1、2。 プラトーでの塑性変形は、ルーダース バンドと呼ばれることが多い変形バンドなどの不安定性を通じて局所的に発生します 3,4。 このような塑性不安定現象は、軟鋼では引張変形中に頻繁に観察されます 5、6 が、Mg 合金ではあまり一般的ではありません 7、8、9。 従来、Mg 合金における不均一な塑性流動は、局所的な伸張絡み合い活動の雪崩と主に関連していました 10,11。 Mg の重要な変形メカニズムとしての双晶形成は、粒子の結晶方位に対する荷重経路に依存します 12、13、14、15。 具体的には、高度に組織化された Mg 合金の押出または圧延方向に沿った圧縮変形は、伸長双晶化によって支配されます 16、17、18。 1 つの粒子内の双生児が粒界を越えて隣接する粒子内の双生児を刺激する双生児カスケードも発生する可能性があります 11、19、20、21、22。 伸長双晶形成は Mg 合金のひずみ硬化をほとんど引き起こさないため 23、24、25、26、双バンディングとも呼ばれる多量の双晶形成の発生は、機械的応答のプラトーを引き起こす可能性があります 27。

最近、一部の Mg 合金、特に希土類元素を含む合金では、双晶の代わりに、転位による塑性不安定現象が確認されています 7、9、28、29、30、31。 鋼と同様に、Mg の溶質原子および/または小さな析出物と転位の間の相互作用は、流動挙動に強い影響を与える可能性があり、巨視的スケールで検出可能な塑性不安定性を引き起こす可能性があります28。 最初に記載されたのは 150 年以上前ですが、塑性不安定性に関する研究は主に鋼 32 およびその他の体心立方晶 (bcc) 33 金属に対して行われてきました。 マグネシウム合金に関するこの主題に関する研究の数は限られています。 軽量合金 34、35、36、37 への関心が高まっていることを考えると、Mg 合金における塑性不安定現象の性質と影響を理解することが現在重要になっています。

塑性不安定性は、ストレッチャー歪み、ルーダー、またはハートマン バンドとして知られる表面の不規則性を引き起こすため、成形操作中に望ましくない現象と考えられています 38。 これらの不安定性が Mg 合金の挙動にプラスの影響を与えるかどうかはまだわかっていません。 低サイクル疲労 (LCF) 試験では、通常、ひずみ振幅は 3% 未満に設定されます39、40、41。 破壊靱性試験では、亀裂先端の前方の塑性ゾーンを使用して固有靱性を評価します42。 これら 2 つのテストには、それぞれ少量の塑性変形と局所的な塑性変形が含まれます。 塑性不安定現象はこのような小規模降伏特性に影響を与える可能性があるため、この研究では、観察された現象を示す Mg-1.5Nd 合金の LCF と靭性を調査します 28。