[論文レビュー] Deformation twin nucleation and twin variant selection in single crystal magnesium as a function of strain rate

Kavan Hazeli, Vignesh Kannan+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2018

Magnesium Alloys: Properties and Applications参考文献 40被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、単結晶マグネシウムにおけるひずみ速度依存性の変形双晶を調査し、高いひずみ速度が複数の双晶バリアエントに核生成を促進し、低シュマイド要因および二重拡張双晶を含むものも生じることを明らかにした。また、一次双晶境界で第二世代の双晶が発生する。双晶面積／体積分率の変化率は世代間で類似しており、高ひずみ速度下では厚みの増加から逐次核生成への移行が示唆される。

ABSTRACT

Deformation twinning is an important deformation mechanism in a variety of materials, including metals and ceramics. This deformation mechanism is particularly important in low-symmetry hexagonal close-packed (hcp) metals such as Magnesium (Mg), Zirconium (Zr) and Titanium (Ti). Extension twins in Mg, Zr and Ti can accommodate considerable plastic deformation as they grow. Thus, the rate and the mode of twinning greatly influences the mechanical behavior including strength and ductility. Herein, we study deformation twinning in terms of nucleation, twinning mode and variant selection as a function of strain rate in Mg single crystal (considered as a model material). We show that twin variant selection is sensitive to the loading rate, with more twin variants nucleating at the dynamic strain rates. Low Schmid factor twin variants (one of them being a double extension twin variant) were also found at the dynamic strain rates. Further at high strain rates, the first twins generated do not thicken beyond a critical width. Instead, plasticity proceeds with nucleation of second generation twins from the primary twin boundaries. The rates of area/volume fraction evolution of both generations of twins are found to be similar.

研究の動機と目的

• ひずみ速度が単結晶マグネシウムにおける変形双晶に及ぼす影響を理解すること。これはhcp金属のモデルである。
• 特に動的（高）速度下で、双晶バリアエント選択のメカニズムを特定すること。
• 双晶面積／体積分率の進化および一次から二次の双晶核生成への移行を検討すること。
• シュマイド要因がバリアエント選択に果たす役割および高ひずみ速度下での非優勢双晶の出現を特定すること。

提案手法

• 制御されたひずみ速度下で単結晶マグネシウムを用いた実験を実施し、変形双晶挙動を観察した。
• 電子線バックサトレーションドリフト（EBSD）または類似の微細構造解析を用いて、双晶バリアエントおよびその方位関係を特定した。
• ひずみおよびひずみ速度関数としての双晶面積／体積分率の進化を測定した。
• 第二世代双晶の核生成部位を、一次双晶境界に焦点を当てて分析した。
• 異なる双晶バリアエントのシュマイド要因を評価し、観察された核生成確率と相関させた。
• 一次および二次の双晶の成長キネティクスを比較し、核生成率の類似性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ひずみ速度は、単結晶マグネシウムにおける変形双晶の核生成にどのように影響するか？
• RQ2 シュマイド要因は、高ひずみ速度下でどの双晶バリアエントが核生成するかを決定する上で果たす役割は何か？
• RQ3 動的負荷下では、第二世代の双晶の核生成が一次双晶境界に優先的におこなわれるか？
• RQ4 一次および二次の双晶の面積／体積分率の変化率は、どのように比較されるか？
• RQ5 なぜ高ひずみ速度下では一次双晶が臨界幅を超えて厚みが増さないのか？

主な発見

• 高ひずみ速度下では、低シュマイド要因および二重拡張双晶を含む複数の双晶バリアエントが、低ひずみ速度下よりも容易に核生成する。
• 高ひずみ速度下では、一次双晶が臨界幅を超えて厚みが増さないため、厚みの増加から二次双晶の核生成への移行が示唆される。
• 第二世代の双晶は一次双晶境界から優先的に核生成するため、ひずみ局在化メカニズムが関与していると考えられる。
• 一次および二次の双晶の面積／体積分率の変化率は類似しており、核生成キネティクスが同等であることを示唆している。
• 双晶バリアエント選択はひずみ速度に依存し、動的負荷条件下でバリアエントの多様性が増加する。
• 高ひずみ速度下では、一次双晶の厚み増加から二次双晶の逐次核生成への機械的応答の移行が生じ、延性メカニズムが変化する。