Mg의 소규모 항복에 대한 변형 밴딩 불안정성의 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5767(2023) 이 기사 인용

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전파 변형 밴드는 디지털 이미지 상관을 사용하여 장력 하에서 압출된 Mg-1.5Nd 합금의 초기 소성을 수용하는 것으로 관찰됩니다. 전파 밴드는 추가 변형으로 공통적으로 감소하는 가공 경화를 복원하기 전에 합금의 응력-변형률 반응에서 흔하지 않은 정체 현상을 일으킵니다. 소규모 항복에 대한 유동 응력의 변형 밴딩 및 기본 고원의 영향은 낮은 사이클 피로(LCF) 및 노치 시편의 인장 동안 조사됩니다. 시험 중 압출된 LCF 시편의 게이지 부분에서 변형 밴드의 교대 형성/소멸은 불안정성을 나타내지 않는 어닐링된 시편에 비해 수명을 감소시키는 것으로 관찰되었습니다. 대조적으로, 밴드는 적용된 하중에 직교하는 기본 평면에서 노치 앞의 플라스틱 영역을 편향시켜 합금의 인성에 긍정적인 영향을 미칩니다.

소위 항복점 현상이 발생하는 합금은 특징적인 안정 단계, 즉 항복 시 거의 일정한 유동 응력을 나타냅니다1,2. 고원의 소성 변형은 종종 Lüders 밴드라고 불리는 변형 밴드와 같은 불안정성을 통해 국지적으로 발생합니다. 이러한 소성 불안정 현상은 인장 변형 중에 연강에서 자주 관찰되지만 Mg 합금에서는 흔하지 않습니다. 전통적으로 Mg 합금의 불균일한 소성 흐름은 국부적인 확장 꼬임 활동의 눈사태와 크게 관련되어 있습니다. Mg의 중요한 변형 메커니즘인 트위닝은 입자 결정 방향에 대한 로딩 경로에 따라 달라집니다. 특히, 압출 또는 압연 방향을 따라 압축되는 고조직 Mg 합금의 변형은 신장 쌍정에 의해 지배됩니다. 한 곡물의 쌍둥이가 곡물 경계를 넘어 인접한 곡물의 쌍둥이를 자극하는 쌍둥이 캐스케이드도 발생할 수 있습니다. 신장 쌍정은 Mg 합금에서 변형 경화가 거의 발생하지 않기 때문에 쌍 밴딩이라고도 하는 과도한 쌍정의 발생은 기계적 반응의 정체를 유발할 수 있습니다.

트위닝 대신 전위로 인한 소성 불안정 현상이 최근 일부 Mg 합금, 특히 희토류 원소를 함유한 합금에서 확인되었습니다. 강철과 마찬가지로 Mg의 용질 원자 및/또는 작은 침전물과 전위 사이의 상호 작용은 흐름 거동에 큰 영향을 미칠 수 있으며 거시적 규모에서 감지할 수 있는 소성 불안정성을 초래할 수 있습니다. 150여년 전에 처음 기술되었지만 소성 불안정성에 대한 연구는 대부분 강철32 및 기타 체심 입방체(bcc)33 금속에 대해 수행되었습니다. Mg 합금에 대한 이 주제에 대한 연구 수는 제한되어 있습니다. 경량 합금34,35,36,37에 대한 관심이 증가함에 따라 Mg 합금의 소성 불안정 현상의 특성과 결과를 이해하는 것이 이제 중요합니다.

소성 불안정성은 Stretcher-strain, Luders 또는 Hartman band로 알려진 표면 불규칙성으로 인해 성형 작업 중에 바람직하지 않은 현상으로 간주됩니다. 이러한 불안정성이 Mg 합금의 거동에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는지 여부는 아직 결정되지 않았습니다. 저주기 피로(LCF) 테스트에서 변형률 진폭은 일반적으로 3%39,40,41 미만으로 설정됩니다. 파괴 인성 테스트에서 균열 팁 앞의 플라스틱 영역은 고유 인성을 평가하는 데 사용됩니다42. 이 두 가지 테스트에는 각각 소량의 소성 변형과 국부적인 소성 변형이 포함됩니다. 소성 불안정 현상이 이러한 소규모 항복 특성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 이 연구에서는 관찰된 현상을 나타내는 Mg-1.5Nd 합금의 LCF 및 인성을 조사합니다.