Influência das instabilidades das bandas de deformação no escoamento em pequena escala de um Mg

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 5767 (2023) Citar este artigo

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Observa-se que bandas de deformação de propagação acomodam a plasticidade inicial em uma liga de 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 por trabalho decrescente comum com deformações adicionais. Os efeitos das bandas de deformação e do platô subjacente na tensão de fluxo no escoamento em pequena escala são investigados durante a fadiga de baixo ciclo (LCF) e a tensão de amostras entalhadas. 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 à carga aplicada, 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 durante o escoamento1,2. A deformação plástica no planalto ocorre localmente através de instabilidades como nas bandas de deformação, muitas vezes denominadas bandas de Lüders3,4. Embora tais fenômenos de instabilidade plástica sejam frequentemente observados em aços macios durante a deformação por tração 5,6, eles são menos comuns em ligas de Mg 7,8,9. Tradicionalmente, o fluxo plástico não homogêneo nas ligas de Mg estava amplamente associado à avalanche de atividade de entrelaçamento de extensão localizada . A geminação, como um importante mecanismo de deformação no Mg, depende do caminho de carregamento relativo à orientação do cristal do grão . Especificamente, a deformação de ligas de Mg altamente texturizadas em compressão ao longo da direção de extrusão ou laminação é dominada pela geminação de extensão . Cascatas gêmeas onde gêmeos em um grão estimulam gêmeos nos grãos vizinhos através do limite do grão também poderiam 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 chamada de banda dupla, poderia induzir um platô na resposta mecânica27.

Em vez de geminação, fenômenos de instabilidade plástica induzidos por deslocamento foram recentemente identificados em algumas ligas de Mg, especificamente aquelas contendo elementos de terras raras7,9,28,29,30,31. Assim como nos aços, a interação entre átomos de soluto e/ou pequenos precipitados e discordâncias no Mg pode influenciar fortemente o comportamento do fluxo e levar a instabilidades plásticas detectáveis ​​em escala macroscópica . 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 interessante compreender a natureza e as consequências dos fenómenos de instabilidade plástica nas ligas de Mg.

As instabilidades plásticas são consideradas fenômenos indesejáveis ​​durante as operações de conformação devido às irregularidades superficiais que criam, conhecidas como deformações de maca, 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 de baixo ciclo (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 intrínseca . Esses dois testes envolvem uma pequena deformação plástica e uma deformação plástica localizada, respectivamente. Como é provável que os fenômenos de instabilidade plástica influenciem essas propriedades de escoamento em pequena escala, este trabalho aqui investiga o LCF e a tenacidade da liga Mg-1,5Nd exibindo os fenômenos observados .