Influência de instabilidades de bandeamento de deformação no escoamento em pequena escala de um Mg

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5767 (2023) Citar este artigo

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Bandas de deformação de propagação são observadas para acomodar a plasticidade inicial em uma liga Mg-1.5Nd extrudada sob tensão usando correlação de imagem digital. As bandas de propagação causam um platô incomum na resposta tensão-deformação da liga antes de restaurar um endurecimento de trabalho decrescente comum com mais deformação. Os efeitos da banda de deformação e do platô subjacente na tensão de fluxo no escoamento de pequena escala são investigados durante a fadiga de baixo ciclo (LCF) e a tensão de espécimes entalhados. Observa-se que a formação/desaparecimento alternado de bandas de deformação na seção de medição de amostras LCF extrudadas durante o teste reduz a vida útil em comparação com amostras recozidas que não exibem instabilidades. Em contraste, as bandas desviam a zona plástica à frente do entalhe do plano principal ortogonal ao carregamento aplicado, induzindo um efeito positivo na tenacidade da liga.

As ligas nas quais ocorre o chamado fenômeno do ponto de escoamento exibem um estágio de platô característico, ou seja, uma tensão de fluxo quase constante após o escoamento1,2. A deformação plástica no planalto ocorre localmente através de instabilidades como nas bandas de deformação, muitas vezes denominadas como bandas de Lüders3,4. Embora tais fenômenos de instabilidade plástica sejam frequentemente observados em aços macios durante a deformação por tração5,6, eles são menos comuns em ligas de Mg7,8,9. Tradicionalmente, o fluxo plástico não homogêneo em ligas de Mg foi amplamente associado à avalanche de extensão localizada da atividade de entrelaçamento10,11. A geminação, como um importante mecanismo de deformação no Mg, é dependente do caminho de carga em relação à orientação do cristal de grão12,13,14,15. Especificamente, a deformação de ligas de Mg altamente texturizadas em compressão ao longo da direção de extrusão ou laminação é dominada pela geminação de extensão16,17,18. Cascatas de gêmeos onde gêmeos em um grão estimulam gêmeos nos grãos vizinhos através do limite de grão também podem ocorrer11,19,20,21,22. Como a geminação por extensão causa pouco endurecimento por deformação em ligas de Mg23,24,25,26, a ocorrência de geminação profusa, também conhecida como bandamento duplo, pode induzir um platô na resposta mecânica27.

Em vez de geminação, fenômenos de instabilidade plástica induzida por deslocamento foram recentemente identificados em algumas ligas de Mg, especificamente aquelas contendo elementos de terras raras7,9,28,29,30,31. Como nos aços, a interação entre átomos de soluto e/ou pequenos precipitados e deslocamentos no Mg pode influenciar fortemente o comportamento do fluxo e pode levar a instabilidades plásticas detectáveis ​​em escala macroscópica28. Embora descritos pela primeira vez há mais de 150 anos, os estudos sobre instabilidades plásticas foram realizados principalmente em aços32 e outros metais cúbicos de corpo centrado (bcc)33. O número de estudos sobre este assunto em ligas de Mg é limitado. Dado o crescente interesse em ligas leves34,35,36,37, é agora de interesse compreender a natureza e as consequências dos fenómenos de instabilidade plástica em ligas de Mg.

As instabilidades plásticas são consideradas fenômenos indesejáveis ​​durante as operações de conformação devido às irregularidades superficiais que criam conhecidas como stretcher-strains, Luders ou bandas de Hartman38. Resta determinar se quaisquer efeitos positivos que essas instabilidades possam oferecer ao comportamento das ligas de Mg. Em testes de fadiga cíclica baixa (LCF), as amplitudes de deformação são geralmente definidas abaixo de 3%39,40,41. Nos testes de tenacidade à fratura, a zona plástica à frente da ponta da trinca é usada para avaliar a tenacidade intrínseca42. Esses dois testes envolvem uma pequena quantidade de deformação plástica e uma deformação plástica localizada, respectivamente. Uma vez que os fenômenos de instabilidade plástica provavelmente influenciam tais propriedades de escoamento em pequena escala, este trabalho aqui investiga o LCF e a tenacidade da liga Mg-1,5Nd exibindo os fenômenos observados28.