Analiza deformacji plastycznej drobnokrystalicznego magnezu o silnej teksturze wyciskania w zakresie temperatur 298K - 4K

Abstract

Niniejsza rozprawa doktorska dotyczy wpływu wielkości ziarna na właściwości mechaniczne i plastyczność technicznie czystego magnezu (Mg 99,95%) w zakresie temperatur od 298K do 4K. Celem pracy było określenie aktywnych mechanizmów odkształcenia plastycznego w temperaturze otoczenia oraz w warunkach kriogenicznych, ze szczególnym uwzględnieniem krytycznej wielkości ziarna umożliwiającej aktywację poślizgu po granicach ziaren (GBS). Badania prowadzono na materiałach o średniej wielkości ziarna od 9 µm do 0,9 µm, wytworzonych metodą współbieżnego wyciskania. Właściwości mechaniczne analizowano na podstawie prób jednoosiowego rozciągania i ściskania w temperaturach 298K, 78K i 4K. Strukturę i teksturę materiałów badano metodami XRD, LM, SEM oraz EBSD. W temperaturze otoczenia obserwowano zmianę charakterystyki deformacji po przekroczeniu krytycznej wielkości ziarna d ~ 3 µm, zarówno w rozciąganiu, jak i ściskaniu. Aktywacja GBS w materiałach drobnokrystalicznych prowadzi do spadku umocnienia odkształceniowego, wzrostu plastyczności oraz odejścia od liniowej zależności Halla-Petcha. W temperaturach kriogenicznych, niezależnie od wielkości ziarna i kierunku obciążenia, odkształcenie plastyczne kontrolowane jest przez poślizg dyslokacyjny i bliźniakowanie, przy istotnie obniżonej plastyczności i wzroście wytrzymałości zgodnym z klasycznym zachowaniem Halla-Petcha.

This doctoral dissertation investigates the effect of grain size on the mechanical properties and plasticity of technically pure magnesium (Mg 99.95%) over a temperature range from 298K down to 4K. The main objective was to identify the active deformation mechanisms at room temperature and under cryogenic conditions, with particular emphasis on the grain size regime in which grain boundary sliding (GBS) can be activated. The study was conducted on materials with an average grain size ranging from 9 µm to 0.9 µm, produced by direct extrusion. Mechanical properties were examined using uniaxial tension and compression tests performed at 298K, 78K, and 4K. Microstructural and crystallographic characterization was carried out using XRD, light microscopy, SEM, and EBSD techniques. At room temperature, a transition in deformation behaviour was observed when the grain size decreased below a critical value of approximately 3 µm, under both tension and compression. Activation of GBS in fine-grained materials results in reduced strain hardening, enhanced plasticity and breakdown of the linear Hall-Petch relationship. At cryogenic temperatures, regardless of grain size and loading direction, plastic deformation is governed by dislocation slip and twinning, accompanied by significantly reduced ductility and increased strength obeying the classical Hall-Petch behaviour.