Influence of Al and Zn alloying additions on the deformation mechanisms of Mg alloys

Shi, Dongfeng (2021). Influence of Al and Zn alloying additions on the deformation mechanisms of Mg alloys. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.69339.

Description

Title: Influence of Al and Zn alloying additions on the deformation mechanisms of Mg alloys
Author/s:
  • Shi, Dongfeng
Contributor/s:
  • Pérez-Prado, María Teresa
  • Cepeda-Jiménez, Carmen María
Item Type: Thesis (Doctoral)
Read date: 2021
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM)
Department: Ciencia de los Materiales
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Las aleaciones de magnesio se encuentran entre los metales más ligeros, por lo que han despertado gran interés en los últimos años para aplicaciones estructurales donde se requiera ahorro de peso, como en las industrias del automóvil y aeroespacial. Sin embargo, el uso industrial generalizado de estas aleaciones sigue siendo bastante limitado debido a su baja resistencia y ductilidad a temperatura ambiente, especialmente para aplicaciones que requieren suficiente tolerancia al daño. La escasa ductilidad y capacidad de conformado del magnesio se debe a su estructura cristalina hexagonal compacta (hcp) con un número limitado de sistemas de deformación disponibles, lo que da lugar a anisotropía en sus propiedades mecánicas. A temperatura ambiente, las aleaciones de Mg se deforman principalmente por deslizamiento de dislocaciones basales y maclado, mientras que la actividad de los sistemas de deslizamiento no basales (prismáticos y piramidales) es generalmente limitada. Con el objetivo de mejorar la capacidad de conformado y la tenacidad de las aleaciones de magnesio se han considerado diferentes estrategias de procesado, con distintos grados de mejora. Por ejemplo, la adición de pequeñas concentraciones de elementos en solución sólida produce una mejora en la ductilidad y el conformado del Mg. En esta línea, tanto el Al como el Zn son los solutos más comunes, y significativamente más baratos que los elementos de tierras raras. Sin embargo, hasta la fecha, los mecanismos de deformación mediante los cuales la adición de solutos conduce a una mejora de la ductilidad son todavía controvertidos. Además, el endurecimiento por precipitación conseguido en las aleaciones de Mg es considerablemente inferior al logrado en las aleaciones de Al, y no hay suficientes estudios que permitan entender los mecanismos de interacción entre las dislocaciones y las fronteras de macla con los precipitados en dichas aleaciones de Mg. Por tanto, esta tesis doctoral constituye un intento por contribuir a un mejor conocimiento de la relación entre la microestructura, los mecanismos activos de deformación y las propiedades mecánicas de aleaciones binarias de magnesio con Al y Zn en solución sólida. Dicha relación se analizará tanto a temperatura ambiente como a alta temperatura. La interacción entre dislocaciones y fronteras de macla con precipitados se estudiará considerando una aleación ternaria de Mg-Mn-Nd, la cual contiene Zn en solución sólida y ha sido envejecida hasta conseguir el máximo endurecimiento mediante la presencia de precipitados nanométricos. ----------ABSTRACT---------- Magnesium alloys, as one of the lightest structural materials, continue to receive significant attention for weight-saving applications, particularly in the automotive, electronics, and aerospace industries. However, the widespread industrial application of these materials remains limited due to their low strength and to their intrinsic poor room temperature ductility, which restricts applications in damage-tolerant structural components. The low ductility and forming ability of magnesium are due to its hexagonal close-packed (hcp) crystal structure with limited number of available deformation modes, which induces plastic anisotropy and intrinsic brittleness. At room temperature Mg alloys deform mostly by basal slip and tension twinning, while the activity of non-basal slip systems is generally limited. Several strategies have been put forward to improve the formability and the fracture toughness of Mg alloys, with different degrees of success. It is known that solid solution alloying leads to enhanced Mg ductility and formability at relatively low concentrations. Al and Zn are the two most common solutes and are significantly more cost effective than rare earth elements. However, the intrinsic mechanisms by which the addition of solutes leads to a ductility improvement are still controversial. In turn, precipitation strengthening has not been as successful in Mg alloys as in Al alloys, and the mechanisms of interaction between dislocations and twin boundaries and precipitates are still not well understood. This PhD thesis constitutes an attempt to better understand the relationship between the microstructure, the active deformation mechanisms, and the mechanical properties in polycrystalline binary solid solution magnesium alloys with Zn and Al additions, both at room and high temperature, and in an aged ternary Mg-Mn-Nd alloy with Zn additions containing ultrafine precipitates.

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Item ID: 69339
DC Identifier: https://oa.upm.es/69339/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:69339
DOI: 10.20868/UPM.thesis.69339
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 27 Jan 2022 08:10
Last Modified: 27 Jan 2022 08:10
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