[論文レビュー] Deformation mechanisms of Mg-Ca-Zn alloys studied by means of micropillar compression tests

Jingya Wang, Yiwen Chen+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2021

Magnesium Alloys: Properties and Applications参考文献 68被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、結晶方位を制御した単結晶マイクロピラーを用いたマイクロピラー圧縮試験を通じて、Mg-Ca-Zn合金における変形メカニズムを調査した。CaおよびZnの拡散相溶質が、基面滑りの臨界すべり応力（CRSS）を約13.5 MPaに有意に増加させ、縮小を抑制し、クロススリップおよび斜面滑りを促進することで、塑性的非等方性が低減され、延性および成形性が向上することを明らかにした。

ABSTRACT

The effect of Ca and Zn in solid solution on the critical resolved shear stress (CRSS) of basal slip, tensile twinning and pyramidal slip in Mg alloys has been measured through compression tests on single crystal micropillars with different orientations. The solute atoms increased the CRSS for basal slip to ~ 13.5 MPa, while the CRSS for pyramidal slip was lower than 85 MPa, reducing significantly the plastic anisotropy in comparison with pure Mg. Moreover, the CRSSs for twin nucleation and growth were very similar (~ 37 MPa) and the large value of the CRSS for twin growth hindered the growth of twins during thermo-mechanical processing. Finally, evidence of prismatic slip and cross-slip between basal and prismatic dislocations was found. It is concluded that the reduction of plastic anisotropy, the activation of different slip systems and cross-slip and the weak basal texture promoted by the large CRSS for twin growth are responsible for the improved ductility and formability of Mg-Ca-Zn alloys.

研究の動機と目的

• CaおよびZnの拡散相溶質がMg合金の変形メカニズムに与える影響を理解すること。
• 溶質原子が基面滑り、斜方滑り、および変形割合に及ぼす臨界すべり応力（CRSS）に与える影響を定量すること。
• Mg-Ca-Zn合金における非基面滑り系およびクロススリップの活性化を調査すること。
• マイクロスケールで観察されたMg-Ca-Zn合金の延性および成形性の向上を解明すること。

提案手法

• 結晶方位を制御したMg-Ca-Zn合金の単結晶マイクロピラーを用いてマイクロピラー圧縮試験を実施した。
• 基面、斜面、および斜方滑り系を調査するために、特定の方位に加工された試料を用いた。
• 荷重-変位曲線から、基面滑り、斜方滑り、および変形割合の核生成・成長にかかるCRSS値を抽出した。
• 試験後の金属組織解析により、不純物のスリップ系および基面と斜面不純物の間でのクロススリップの証拠を同定した。
• 比較的分析を通じて、溶質原子（CaおよびZn）がCRSSおよび織の発達に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CaおよびZnの溶質は、Mg-Ca-Zn合金における基面滑りの臨界すべり応力（CRSS）にどのように影響を与えるか？
• RQ2 斜方滑りのCRSSはどの程度であり、この合金における基面滑りと比較してどう異なるか？
• RQ3 溶質原子は、変形割合の核生成および成長のCRSSにどのように影響を与えるか？
• RQ4 斜面滑りおよび基面と斜面不純物の間でのクロススリップの証拠は何か？
• RQ5 これらの変形メカニズムがどのように相まって、塑性的非等方性を低減させ、成形性を向上させるか？

主な発見

• CaおよびZnの固溶強化作用により、Mg-Ca-Zn合金における基面滑りのCRSSは約13.5 MPaに上昇した。
• 斜方滑りのCRSSは85 MPa未満であったことが判明し、この変形モードに対する抵抗性が比較的低いことが示された。
• 変形割合の核生成および成長の両方のCRSSは約37 MPaであり、特に成長の高値が変形割合の拡大を強く抑制した。
• <a>斜面滑りおよび基面と斜面不純物の間でのクロススリップの証拠が、実験的に観察された。
• 塑性的非等方性の低減、多数のスリップ系の活性化、および変形割合の抑制が、Mg-Ca-Zn合金における延性および成形性の向上を説明している。