Comportamiento mecánico a temperaturas intermedias de aleaciones de magnesio AZ80 y ZK60 modificadas con cerio e itrio

Abstract

Resumen En el presente trabajo se estudió el comportamiento mecánico a temperaturas intermedias en aleaciones de magnesio deformables AZ80 y ZK60 modificadas con cerio e itrio. La aleación AZ80 modificada tiene adiciones de 0.7 y 0.2 % en peso de cerio e itrio, respectivamente. Por otro lado, la aleación ZK60 modificada tiene adición de 0.7 % en peso de cerio. El proceso termomecánico utilizado tanto en aleaciones comerciales como modificadas fue extursión indirecta. Despúes del tratamiento termomecánico, se llevó a cabo la caracterización microestructural en el cual la aleación AZ80 comercial presentó una microestructura homogénea con tamaño de grano promedio de 8 μm, por otro lado, la aleación AZ80 modificada mostró un refinamiento de grano, esto atribuido al efecto del cerio e itrio, debido a que estos elementos promueven la formación de partículas de segunda fase así como la recristalización. Caso contrario, la aleación ZK60 modificada con cerio inhibe el proceso de recristalización durante la extrusión. Esto permite el desarrollo de una microestructura bimodal (grandes granos alargados y pequeños granos recristalizados) con tamaño de grano promedio de 7 μm. En comparación, la aleación ZK60 comercial exhibe un refinamiento del grano despúes de la extrusión con un tamaño promedio de 4 μm. Se realizó medición de textura global para cada aleación después del tratamiento termomecánico. Las figuras de polo inversas indican una textura prismática de doble fibra (1010)-(1120) para la aleación comercial AZ80, la cual orienta los planos basales paralelo a la dirección de extrusión obteniendo una intensidad máxima de 6.3. Las adiciones de Ce e Y sobre la aleación AZ80 modificada tienen un efecto positivo en el debilitamiento de la textura cristalográfica, reduciendo la intensidad máxima a 2.3. La aleación ZK60 comercial, presentó un componente de textura (1121) paralela a la dirección de extrusión, comúnmente este tipo de textura se observan en aleaciones de Mg con adiciones de tierras raras (RE), con intensidad máxima de 7. La aleación ZK60 modificada presentó el mismo componente de textura incrementando la intensidad máxima a 7.7. Se llevaron a cabo ensayos de tensión a 150, 200 y 250°C con tres diferentes velocidades de deformación 10^-2, 10^-3 y 10^-4 s^-1. Las adiciones de Ce e Y sobre la aleación AZ80 tienen un efecto positivo en la ductilidad, ya que existe un incremento substancial del 30% en comparación a la aleación AZ80 comercial. Por un lado, la aleación ZK60 comercial presentó un comportamiento superplástico alcanzando 464% de elongación a la fractura a condiciones de 250°C/10^-4 s^-1. Por otro lado, la aleación ZK60 dopada con cerio mostró muy baja ductilidad en todas las condiciones de ensayo, debido a la presencia de partículas de segunda fase que originaron la formación de cavidades. Las muestras ensayadas en tensión fueron utilizadas para observar el desarrollo microestructural en función de la temperatura y la velocidad de deformación, así como también, se realizó la medición del tamaño de grano. Por último, se determinó el parámetro Zener-Hollomon (Z) con la finalidad de relacionar los parámetros (temperatura y velocidad de deformación) utilizados durante las pruebas de tensión, utilizando el esfuerzo máximo a partir de las curvas de esfuerzo real-deformación real como el único valor significativo. En general, para todas las aleaciones se observó que a valores altos de Z, el esfuerzo máximo es alto y a valores bajos de Z se consiguieron las más altas elongaciones. Abstract In this work, the mechanical behavior at intermediate temperaturas of wrought AZ80 and ZK60 alloys modified with cerium and yttrium were investigated. Additions of 0.7 Ce and 0.2 wt. % Y to a comercial AZ80 alloy and 0.7 wt. % Ce to a comercial ZK60 alloy were carried out. Magnesium alloys, comercial and modified, were processed by indirect extrusión and microstructural analysis was carried out. Commercial AZ80 alloy presented a homogeneous microstructure with an average grain size of 4 µm. This was attributed to the addition of Ce and Y, since these elements promote the formation of second phase particles and prevent the grain growth during the thermomechanical treatment. In contrast, the addition of Ce to the ZK60 alloy exhibits an incomplete recrystallization process after extrusión wich leads to the development of a bimodal microstructure (large elongated grains and small recrystallized grains) with average grain size of 7 µm. On the other hand, comercial ZK60 alloy exhibits a refinement of grain size of 7 µm. On the other hand, comercial ZK60 alloy exhibits a refinement of grain with size of 4 µm. After thermomechanical treatment, global texture measurements were made for all alloys. The inverse pole figures indicate a prismatic (1010)-(1120) double fiber texture in comercial AZ80 alloy. This implies that the basal planes are oriented parallel to the extrusion direction with a maximun intensity of 6.3. Additions of Ce and Y to the AZ80 alloy have a positive effect on weakening the texture, decreasing the maximun intensity to 2.3. In contrast, comercial alloy ZK60 presented a (1121) texture component parallel to the extrusion direction, which is commonly know as RE textures, with a maximun intensity of 7 and this maximum intensity was further increased to modified ZK60 alloy to 7.7. In order to evaluate and compare the mechanical properties of comercial and modified alloys, tension tests were carried out at 150, 200 and 250 °C with three different strain rates of 10-2, 10-3 and 10-4 s-1. It was observed that the addition of RE elements to the AZ80 also had a positive effect in ductility, due to an increase of 30% compared to the comercial AZ80 alloy. On the one hand, the ZK60 alloy presented a superplastic behavior, reaching elongation to failure up to 464% at conditions of 250 °C/10-4 s-1. On the other hand, the ZK60 alloy doped with Ce showed a por ductility in all conditions tested, due to the presence of second phase particles that promote cavity formation. Samples tested to fracture were used to study the microstructural development as a function of temperatura and strain rate. Finally, the Zener-Hollomon parameter was calculated for each alloy in order to relate the parameters (temperatura and strain rate) used during tension test. In this work, the peak stress is taken from the flow curves as the only significant parameter for evaluation. In general, it was observed that a high values of Z the maximum stress was high and at low Z values the highest elongations were obtained.