Modeling of tensile twins and texture evolution in AZ31 Mg alloys during deformation

Abstract

in semi-empirisches Gesetz zum Zwillingswachstum wird vorgeschlagen, das die Sättigung des Zwillingsvolumens und die anfängliche Fraktion des verzwillingten Volumens nach der Zwillings-Keimbildung berücksichtigt. Dieses Gesetz ist in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Elektronenrückstrahl-Diffraktionsergebnissen in AZ31 Mg-Legierungen. Ein Wachstumsfaktor wird im Modell eingeführt, der die Geschwindigkeit des Anstiegs der Zwillings-Volumsfraktion und ihrer Sättigung kontrolliert. Unter Zuhilfenahme der allgemeinen Merkmale der begutachteten physikalischen Mechanismen des Zwillingswachstums wird ein einfaches Versetzungsmodell die Zwillingsverdickung vorgeschlagen. Dieses Modell liefert in der akzeptablen Abschätzung der Geschwindigkeit einer partiellen Zwillingsversetzung eine Referenz oder eine Eingangsgröße für die Modellierung der Versetzungsdynamik. Auf der Basis des Verständnisses der Verzwillingung und des Veresetzungsgleitens in Mg wird eine neuartige thermomechanische Behandlung, welche einen Vorbeanspruchungsschritt beinhaltet, in einer AZ31 Mg-Legierung getestet. Drei verschiedene Vorbeanspruchungsroutinen werden versucht, und ihre Effektivität für die Abschwächung der starken basalen Textur der AZ31 Legierung wird diskutiert. Es wird gezeigt, dass die pyramidale Gleitung den Rekristallisationsprozess in der anschließenden isothermen Wärmebehandlung begünstigt, was in einer signifikanten Abschwächung der basalen Textur resultiert. Schließlich wird ein Taylor-Mean field Modell entwickelt, welches Zwillingswachstum und Voce Verfestigungsgesetz einbindet. Anstelle der Verwendung eines nicht-linearen, raten-sensitiven Konstitutionsgesetzes, also der Visko-Plastizitätsformulierung, ermöglicht dieses Modell rasche Vorhersagen über die Texturentwicklung in as extruded Mg-Legierungen und liefert relative Aktivitäten der verschiedenen Deformationsmodi. Die Vorhersage ist mit den experimentellen Resultaten der AZ31 Mg-Legierung konsistent.

A semi-empirical law for twin growth is proposed, which considers the twin volume saturation and initial twin volume fraction after nucleation. This law is in good agreement with the experimental electron back scattered diffraction results of AZ31 Mg-alloy. A growth factor is included in the model, which controls the speed of increase of twin volume fraction and its saturation. The underlying physics of this factor. By extracting the common features of assessed physical mechanisms of twin growth, a simple dislocation model of twin thickening is proposed. This model delivers a reasonable estimate of the velocity of a twin partial dislocation, serving as reference or input for dislocation dynamics modeling of twinning. Based on the understanding on the twinning and dislocation slips in Mg, a novel thermomechanical treatment containing a pre-straining step is tested experimentally in AZ31 Mg-alloy. Three different pre-strain schemes are attempted and their effectiveness for weakening of the strong basal texture of AZ31 Mg-alloy is discussed. It is shown that the pyramidal slip promotes the recrystallization process in the subsequent isothermal heat treatment, resulting in significant weakening of the basal texture. Finally, a Taylor type mean field model embedding twin growth and voce hardening law, is developed. Instead of using the non-linear rate-sensitive constitutive law, i.e. the visco-plasticity formulation, this model provides rapid predictions on the texture evolution of as extruded Mg-alloys and delivers relative activities of different deformation modes. The prediction is consistent with the experimental results of AZ31 Mg-alloy.