Microestrutura e propriedades mecânicas do Mg

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 11003 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A liga Mg-15Gd-1Zn (% em peso) foi preparada com sucesso por meio do processo de fitas de solidificação rápida de sinterização por plasma de faísca. A investigação da microestrutura mostrou que as ligas sinterizadas consistiam de grãos finos, fase β1 e fase ordenada de empilhamento de longo período (LPSO). A temperatura e o tempo de sinterização têm um efeito significativo na evolução microestrutural. Uma temperatura de sinterização mais baixa (430 °C) foi benéfica para a obtenção de tamanhos de grão mais finos com menos de 5 μm e um maior teor de fase β1 com um teor de 3–15 vol.% e uma distribuição de tamanho de (10–600) nm . Uma temperatura mais alta para um tempo de sinterização mais longo, 450–470 °C e 5–10 min, favoreceu a precipitação da fase LPSO abundantemente lamelar, e seu conteúdo foi de 2–10% em volume para a fase LPSO com a largura de (10–100 ) nm. As propriedades mecânicas indicaram que o tamanho de grão fino e a solução sólida supersaturada contribuíram com pelo menos 50% da tensão de escoamento, e a contribuição residual foi relacionada ao reforço da fase β1 e da fase LPSO, que foram baseados em seus teores e tamanhos.

Mg e suas ligas receberam mais atenção por causa de sua alta resistência específica, boa absorção de choque de amortecimento e fácil usinabilidade. Eles têm sido usados ​​nas áreas de naves espaciais, tanques de hidrogênio, cubos de roda e outros produtos industriais1,2. No entanto, tanto a resistência inferior quanto a baixa plasticidade intrínseca ainda restringem a aplicação extensiva de ligas. O dilema básico é a grande anisotropia na energia de ativação do deslocamento entre o deslocamento dominante < a > no plano basal e o deslocamento secundário < c > (incluindo < c > e < c + a >)3,4. A forma clássica de resolver o problema é regular a microestrutura das ligas de Mg.

Várias estratégias específicas foram propostas para melhorar e otimizar a microestrutura das ligas de Mg. Formar os defeitos de rede apropriados em solução sólida é a principal maneira de adicionar elementos de liga à matriz de Mg, como Al, Zn, Gd e outras ligas de reforço5,6. O refinamento de grão também é um método de fortalecimento significativo para ligas de Mg, porque obviamente impede o movimento de discordâncias ao redor dos contornos de grão (GBs)7,8, quanto menores os grãos, maior o fortalecimento da matriz de Mg9. Além disso, os limites de fase apropriados (PBs) coordenam o movimento de vários tipos de discordâncias e, portanto, é sempre uma busca incessante introduzir fases de reforço simples ou múltiplas com tamanhos finos na matriz de Mg. Quando as segundas fases de reforço foram precipitadas a partir da matriz de Mg (solução sólida), os diferentes tipos de lacunas de energia de deslocamento puderam ser significativamente diminuídos junto com a propagação de deslocamentos; assim, tanto a resistência quanto a plasticidade seriam melhoradas10,11. No entanto, cada um dos métodos acima tem um efeito de fortalecimento limitado e os três métodos devem ser combinados para alcançar as excelentes propriedades mecânicas das ligas de Mg.

Tanto os GBs quanto os PBs podem aumentar simultaneamente ao adotar o processo convencional de formação de plástico termomecânico e o processo de tratamento térmico em ligas da série Mg–Gd-Y–Zn–Zr12,13,14, que é um tipo de liga vital de alta resistência12,13 ,15. Obteve-se então a estrutura cristalina hierárquica multiescala, que tem sido estudada em redes cúbicas de face centrada (fcc) e cúbicas de corpo centrado (bcc)16. A liga laminada Mg–8.2Gd–3.8Y–1.0Zn–0.4Zr (% em peso), suas resistências aumentaram em cerca de 200%, e a deformação verdadeira até a falha também aumentou em 110%, quando contém grãos submicron e precipitado nanométrico fase17,18. Recentemente, duas segundas fases ou múltiplas segundas fases de reforço também foram desenvolvidas para ligas de Mg de altas propriedades. Para algumas ligas Mg-RE-Zn (RE, elementos de terras raras), a microestrutura é composta por α-Mg + fase LPSO lamelar + fase β'. Semelhante à liga Mg–8.2Gd–3.8Y–1.0Zn–0.4Zr (% em peso) laminada e envelhecida, a resistência máxima é de aproximadamente 450 MPa com um alongamento moderado até a fratura de 10%17. E a liga extrudada Mg-10,3Zn-6,4Y-0,4Zr-0,5Ca (% em peso), apresenta resistências superiores a 400 MPa e um alongamento de 4%, na condição de conter partículas de fase W nanométricas e fase β218, 19. No entanto, devido à fácil segregação dos elementos de liga durante a solidificação, o tipo de segunda fase ainda era difícil de controlar no processo convencional de preparação da liga de Mg. Para essas fases de reforço intermetálico Mg-RE, controlar sua estrutura e distribuição foi um processo relativamente longo (tratamento térmico de solução sólida e, em seguida, tratamento de envelhecimento). Recentemente, a microestrutura otimizada foi extensivamente estudada com base no método de solidificação rápida (RS), especialmente para sinterização a baixa temperatura e conformação com deformação plástica severa (SPD). Gerardo Garces e cols. adotou o método de pressão angular de canal igual (ECAP) para preparar liga Mg98.5Y1Zn0.5 de alta resistência contendo LPSO phase20, mostrando efeito de fortalecimento significativo, e sua tensão de escoamento foi de 300–364 MPa e alongamento de 3–16%. Além disso, Daria Drozdenko et al. consolidaram a fita RS Mg-Y-Zn usando o método de extrusão a quente21, e sua tensão de escoamento foi de 362 e um alongamento de 18,2%, a alta propriedade mecânica foi principalmente porque grãos finos com microestrutura bimodal e LPSO Estágio.