Twinning activity, microstructure and texture evolution in hot rolled magnesium single crystals

Abstract

RESUMEN: El magnesio y sus aleaciones son usados cada vez más en la industria automotriz para la construcción de unidades más ligeras debido a sus baja densidad y alta resistencia específica. Estas potenciales aplicaciones han motivado grandes esfuerzos para mejorar los métodos de su procesamiento, lo cual requiere un amplio conocimiento sobre los mecanismos de deformación involucrados. Una buena opción para lograr esto es comenzar con un material de microestructura simple, tal es el caso de los monocristales que permiten aislar e identificar los mecanismos de deformación dependiendo de la orientación inicial del cristal. Por lo anterior, en este trabajo, monocristales de magnesio fueron laminados en caliente a 450°C en dos orientaciones específicas. Para la orientación 1, la dirección [112 0] fue paralela a la dirección normal del plano de laminación (ND), mientras que para la orientación 2 esta dirección fue la [101 0]. La evolución de la microestructura y textura fue caracterizada con respecto a los mecanismos de deformación y recristalización. En los primeros pasos de laminación, la deformación fue dominada por maclado {101 2}, el cual rotó 86° el monocristal original y formó una nueva matriz de granos con el plano basal casi paralelo al plano de la laminación (textura basal). En la orientación 1 se observaron varios granos con orientaciones particulares que se cree que fueron generados por maclado primario, secundario y terciario. A una deformación (ε) de 30% y 50% se observaron maclas de contracción en la matriz basal mientras que a ε = 80% la deformación se acomodó sin maclado. Las maclas de contracción condujeron a la recristalización dinámica continua (CDRX) y formaron bandas de macla recristalizadas que dieron origen a granos con su eje c rotado 30° con respecto al de su grano original (macla). A ε = 30% se observó recristalización dinámica discontinua (DDRX) para ambas orientaciones, además de granos finos y subgranos formados en los puntos triples de la microestructura. En cambio, se observó CDRX durante todos los estados de deformación mediante la transición de límites de grano de ángulo bajo (LAGB) a límites de grano de ángulo alto (HAGB) dentro de los granos con orientación basal y los granos dentro de las bandas de maclado. Después del recocido, se observó crecimiento de grano en ambas orientaciones. Se estableció una secuencia de transición evidente del movimiento de los límites de grano, los límites de grano de ángulo alto (> 15 °) se convirtieron en límites de grano de ángulo bajo (5-15 °) que se convirtieron en límites de grano de ángulo muy bajo (VLAGB, 2-5 °), estos últimos tienden a desaparecer. Los granos con el eje c más paralelo a la lámina normal (ND) crecieron preferentemente (engrosándose) durante el recocido, fortaleciendo la textura basal. ABSTRACT: Magnesium and its alloys are becoming increasingly used in the automotive industry to achieve lighter units due to their low densities and high specific strengths. These potential applications motivate great efforts to improve the processing methods which requires an extensive knowledge about the deformation mechanisms involved. A good option to achieve this is to start with a simple microstructure material such as single crystals to isolate and identify the mechanisms of deformation depending on the initial orientation of the crystal. Therefore, in this work magnesium single crystals were subjected to hot rolling at 450°C in two specific orientations. For orientation 1 the [112 0] direction was parallel to the normal direction of the sheet plane (ND), while for orientation 2 it was [101 0] direction. The microstructure and texture evolution were characterized with respect to the deformation and recrystallization mechanisms. The deformation was dominated by {101 2} twinning at the first rolling steps, which rotated 86° the original crystal and formed a new matrix of grains with basal plane almost parallel to the sheet plane (basal texture). In the orientation 1 several grains with particular orientations were observed, it is believed that they were generated by primary, secondary and tertiary extension twinning. Contraction twins were observed in the basal matrix at strain (𝜀) of 30% and 50%. At 𝜀 = 80% the deformation was accommodated without twinning. The contraction twins lead to twin-induced continuous dynamic recrystallization (CDRX) and formed dynamic recrystallized (DRXed) twin bands giving rise to grains with its c-axis 30° rotated from its parent grain. Discontinuous dynamic recrystallization (DDRX) was observed at 𝜀 = 30% for both orientations, fine grains and sub-grains-boundaries formed at the triple junctions of the grains. Instead, CDRX were observed at all strains by the transition of low angle grain boundaries (LAGBs) to high angle grain boundaries (HAGBs) within the grains of basal texture and the grains inside the twin bands. After annealing, grain growth was observed in both orientations. An evident transition sequence of movement of grain boundaries was observed, high angle grain boundaries (>15°) converted to low angle grain boundaries (5-15°) that turned to very low angle grain boundaries (VLAGB,2–5°), which tend to disappear. The grains with the c-axis most parallel to the normal sheet (ND) grew preferentially (coarsening) during annealing, strengthening the basal texture.