Effect of yttrium on the microstructure and texture of deformed magnesium

Single-phase solid solution alloys, Mg-2.9Y and Mg-2.9Zn (in wt%), and two-phase (α-Mg solid solution + intermetallic) Mg-Zn-Y alloys were selected using the CALPHAD (Calculation of Phase Diagram) method to investigate texture weakening mechanisms in the presence of Y. Microstructure and texture evo...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Farzadfar, Seyed-Amir
Other Authors: Elhachmi Essadiqi (Supervisor2)
Format: Others
Language:en
Published: McGill University 2012
Subjects:
Online Access:http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=110625
Description
Summary:Single-phase solid solution alloys, Mg-2.9Y and Mg-2.9Zn (in wt%), and two-phase (α-Mg solid solution + intermetallic) Mg-Zn-Y alloys were selected using the CALPHAD (Calculation of Phase Diagram) method to investigate texture weakening mechanisms in the presence of Y. Microstructure and texture evolution during deformation and subsequent isothermal annealing were studied using optical and electron microscopy, X-ray texture measurements and EBSD (electron backscatter diffraction) techniques.It was found that at large strain levels (i.e. the steady state region of hot compression flow curves), a strong basal texture with similar maximum intensity of basal pole figures developed in all the alloys, indicating that the hot deformation texture at large strains is independent of alloy composition, initial microstructure and the volume fraction of dynamic recrystallization (DRX). The progress of DRX during deformation did not lead to texture weakening, regardless of the presence of Y. Although recrystallization of new grains at intermetallics was observed in the ternary alloys, the bulk texture remained strongly basal during and after hot deformation.Y in solid solution, unlike Zn, suppressed DRX; however, a strong basal texture with the same maximum intensity of basal pole figures developed in the Mg-2.9Y and Mg-2.9Zn alloys after hot deformation (compression and rolling at 350 °C). When the two hot-rolled binary alloys were isothermally annealed (at 400 °C between 15 min and 30 min), static recrystallization (SRX) occurred in Mg-2.9Y and grain coarsening took place in Mg-2.9Zn. The texture was weakened only in the Mg-2.9Y alloy during annealing, which resulted in higher ductility and lower in plane anisotropy in the tensile flow curve and r value when compared to Mg-2.9Zn.It was shown that, even in the absence of Y, texture weakening can be attained in Mg when there is no DRX, and SRX occurs during annealing. When DRX was absent in the Mg-2.9Y and Mg-2.9Zn alloys, i.e. by rolling of the latter alloy at room temperature, deformation was partly accommodated by compression and double twinning in basal parent grains, leading to the formation of bands. In the two binary alloys, compression and double twinning during deformation generated orientations that mostly lay within the orientation spread of basal parent grains, and did not therefore participate in the weakening of the basal texture, but rather to basal texture formation. The orientation of statically recrystallized grains at bands/twins (TSRX grains) was close to that of double and compression twins. However, the orientation of such recrystallized grains was much more evenly distributed and slightly wider than that of the basal parent grains and twins, which resulted in a weaker basal texture. In both Mg-2.9Zn and Mg-2.9Y alloys, a continuous texture weakening occurred during SRX, which resulted in a bimodal microstructure consisting of small TSRX grains and larger ones which mainly formed by recrystallization of basal parent grains. During grain coarsening following the completion of SRX in the two binary alloys, the value of maximum intensity vs. grain size rose linearly, with the slope of the lines being nearly identical. This texture strengthening was ascribed to the consumption of small TSRX grains by larger ones. === Les alliages binaires et monophasés de solution solide, Mg-2.9Y et Mg-2.9Zn (en pourcentage massique) et les alliages ternaires (Mg-Zn-Y) et biphasés (solution solide α-Mg + intermétallique) ont été sélectionnés par la méthode CALPHAD (Calculation of Phase Diagram) afin d'étudier les mécanismes d'affaiblissement de la texture en présence de l'yttrium (Y). L'effet de la déformation et des traitements thermiques sur la microstructure et la texture de ces alliages a été étudié par microscopie optique et électronique ainsi que par la méthode de diffraction des rayons-X (XRD) et des électrons rétrodiffusés (EBSD).À des niveaux élevés de contrainte (à l'état d'équilibre des courbes de déformation à chaud), une texture fortement basale avec une intensité similaire a été développée dans tous les alliages, indiquant que la texture de déformation à chaud est indépendante de la composition chimique, la microstructure initiale et la fraction volumique de la recristallisation dynamique (RXD).L'augmentation de la fraction volumique de la RXD lors de la déformation n'a pas conduit à l'affaiblissement de la texture, indépendamment de la présence de l'yttrium. Même si la recristallisation des nouveaux grains aux composés intermétalliques a été observée dans les alliages ternaires, dans l'ensemble, leur texture est demeurée fortement basale pendant et après la déformation à chaud.L'yttrium en solution solide, contrairement au Zn, a empêché la RXD de se produire; cependant, une forte texture basale avec la même intensité maximale des figures de pôles basales s'est développée dans les alliages Mg-2.9Y et Mg-2.9Zn après la déformation (compression et laminage à 350 °C). Lorsque les deux alliages binaires laminés à chaud ont été recuits (400 °C durant 15-30 min), la recristallisation statique (RXS) s'est produite dans Mg-2.9Y et le grossissement des grains a eu lieu dans Mg-2.9Zn. La texture a été uniquement affaiblie dans Mg-2.9Y pendant le recuit, ce qui a permis d'obtenir une meilleure ductilité et une faible anisotropie planaire par rapport au Mg-2.9Zn.Les résultats de cette étude démontrent que même en l'absence de l'yttrium l'affaiblissement de la texture peut être atteint dans le Mg lorsque la RXD est empêchée de se produire, et la RXS se développe au cours du recuit. L'absence de RXD durant la déformation des alliages Mg-2.9Y et Mg-2.9Zn, par laminage de l'alliage Mg-2.9Zn à la température ambiante, a mené à la formation de macles de contractions et secondaires dans les grains parents basals, conduisant à la formation des bandes. Dans les deux alliages binaires, le maclage a généré des orientations proches de celle de texture basale, et n'a donc pas participé à l'affaiblissement de la texture basale, mais plutôt à sa formation. L'orientation des grains statiquement recristallisés dans les bandes/macles (nommés MRXS) a été proche de celle des macles. Toutefois, l'orientation de ces grains recristallisés est beaucoup mieux répartie et légèrement plus large que celle des grains parents basals et des macles, donnant naissance ainsi à une plus faible texture basale. Dans le Mg-2.9Y et Mg-2.9Zn, un affaiblissement de la texture dans le temps s'est produit lors de la RXS, produisant une microstructure bimodale constituée de petits grains MRXS et de gros grains qui ont été formés par la recristallisation des grains déformés. Pendant la croissance des grains (après la fin de la RXS) dans les deux alliages binaires, l'intensité de la texture en fonction de la taille des grains a augmenté de façon linéaire avec une pente similaire. L'intensification de la texture a été attribuée à la croissance des gros grains de forte texture aux dépends des grains MRXS.