Stabilità microstrutturale e creep delle leghe di magnesio

The present work aims at quantifying the role of microstructural instability on the high temperature mechanical response of the AZ31 magnesium alloy. The effect of static grain growth has been investigated, by analysing the data obtained after heat treating at 100, 200 and 300 °C different samples of a rolled AZ31. Grain growth was thus observed under static condition only at 300 °C, since minor grain growth occurred during annealing at lower temperature. The study then addressed the traditional constitutive models of creep to take into account the effects of chemical composition and of the grain size. Although creep is usually correctly described by a diffusion-controlled dislocation creep equation, other mechanisms may be important. Grain boundary sliding (GBS) and diffusional flow may in fact dominate deformation especially in fine grained materials. Each of these mechanisms is considered to operate independently of the others and has a particular dependence of creep rate with stress, temperature and grain size. Analyses demonstrated that the behaviour of hcp Mg–Al alloys follows, in general terms, the same well known scheme typical of fcc Al–Mg alloys, also in respect to the existence of two regimes, the first characterized by an n = 3 stress exponent, and the second described by the modified form of the Garofalo equation. A low stress regime dominated by grain boundary sliding was also observed in fine-grained alloys. A similar approach was used to analyse creep and plasticity of Mg-Zn alloys. For these reasons, the creep model equations have been rewritten to take into account the role of grain boundary sliding. Thus modified models was used to describe the creep response of different Mg alloys. By comparing the data obtained by several researchers with the model curves calculated by corrected equations, the agreement was excellent for the single-phase AZ31 alloy as well as for more complex materials.

Nel presente lavoro l’obiettivo è di quantificare il ruolo di instabilità microstrutturale sulla risposta meccanica ad alta temperatura della lega di magnesio AZ31. La prima parte della ricerca si è focalizzata in prove di trattamento termico a 100, 200 e 300 ° C e per diverse condizioni di tempo su lamiera di Mg AZ31. Un’analisi dettagliata dei dati ottenuti ha permesso di valutare l’evoluzione microstrutturale della lega in condizioni di trattamento statiche. Si è osservata una crescita del grano solamente a 300 °C e per quei campioni sottoposti a tempi più lunghi. La ricerca hapoi considerato le tradizionali equazioni costitutive che descrivono il creep in modo da tener conto degli effetti della composizione chimica e della dimensione del grano. Anche se generalmente il creep viene correttamente descritto da modelli in cui la deformazione è controllata dal moto delle dislocazioni, altri meccanismi possono essere importanti. Lo scorrimento del confine di grano (GBS) e il flusso diffusionale possono infatti dominare le deformazione, soprattutto nei materiali a grana fine. Ciascuno di questi meccanismi si considera operare indipendentemente ed ha una non trascurabile influenza sulla velocità di deformazione al variare della sollecitazione, temperatura e dimensione del grano. Per questi motivi, le equazioni del creep sono state integrate per tener conto del ruolo dello scorrimento bordo di grano. I modelli modificati sono stati utilizzati per descrivere la risposta al creep di diverse leghe di Mg. Le analisi hanno dimostrato che il comportamento delle leghe Mg-Al con struttura hcp segua, in termini generali, lo stesso schema oramai noto e tipico delle leghe Al-Mg con struttura cfc, anche per quanto riguarda l'esistenza di due regimi, il primo caratterizzato da un esponente di sollecitazione n = 3 e il secondo descritto dalla forma modificata dell'equazione di Garofalo. Un regime di basse tensioni, dominato da scorrimento a bordo grano, è stato osservato nelle leghe a grana fine. Un approccio simile è stato utilizzato per analizzare il creep e la plasticità delle leghe Mg-Zn. Confrontando le curve ottenute con i dati sperimentali dei diversi ricercatori, sia da prove SRC che continue, e le curve calcolate dalle equazioni corrette, l'accordo tra i dati e le curve del modello era eccellente sia per la lega monofasica AZ31, sia per le leghe più complesse.