Wrought Mg alloys have received increasing attention for automotive body applications for the past few years due to their potential for weight reduction. The Mg-1%Mn (M1) alloy is one of the few conventional Mg alloys that may offer good formability; however, its low strength is a major concern. One disadvantage of most extruded Mg alloys is their crystallographic orientation which influences formability. The extrusion of Mg alloys gives strong final texture where basal planes align with the extrusion axis resulting in tensile-compressive yield asymmetry. It has been experimentally established that the addition of rare earth (RE) elements such as Ce and Nd to Mg alloys weakens the texture and improves the formability in both extrusions and in rolled materials. Sr, an effective grain refiner, forms a phase diagram with Mg, which is similar to Mg-RE phase diagrams. Furthermore, unlike REs, Sr forms second phases that are thermally stable due to the negligible solubility of Sr in Mg at elevated temperatures. Hence, Mg-Sr second phases are expected to be more effective than REs in nucleating recrystallization and in potentially weakening the texture. This research was focused on developing new extrusion alloy compositions based on the Mg-Mn-Sr alloy system. The objective was to investigate the effect of Sr on the properties of extruded Mg-1Mn alloys by studying the microstructure and texture evolution of extruded Mg-Mn-Sr alloys and by detecting the role of precipitates in the mechanisms of dynamic recrystallization during extrusion. First, the effect of Sr addition on hot deformation characteristics and texture evolution of Mg-1Mn (M1) alloy, via hot compression tests at 400 ºC and 0.1/s strain rate was studied. Flow curves of M1 and M1-Sr alloys showed softening behavior indicating dynamic recrystallization (DRX). The texture of M1 alloy after hot compression was strong basal in nature but it weakened with increasing Sr additions. The second part of the research focused on the effect of Sr (up to 2.1 wt %) on the texture and mechanical properties of M1 alloy extruded at 350 °C.M1-Sr alloys showed weakened texture by developing random texture components during extrusion. The texture randomization was attributed to particle stimulated nucleation (PSN) around Mg-Sr intermetallics during recrystallization. M1-Sr compositions were found to show improved strength and ductility as well as reduced yield asymmetry. In the final part of the study, effect of extrusion parameters on texture evolution, recrystallization and mechanical properties of extruded alloys was analyzed. M1-1.6Sr alloy developed weaker textures at all extrusion temperatures 300 °C, 350 °C and 400 °C as a result of PSN. In second sub-section, three alloys M1, M1-1.3Sr and M1-2.1Sr were subjected to different extrusion temperatures and extrusion speeds. The three extrusion temperatures of 300 °C, 350 °C and 400 °C and two ram speeds of 4 mm/s and 8 mm/s were used at constant extrusion ratio of 7. M1 exhibited strong basal texture under some conditions especially after extrusion at higher speed and at 350 °C and 400 °C. At 350 °C and 400 °C, grain boundary bulging is major recrystallization mechanism in alloy M1 while it occurs in combination with PSN in M1-Sr alloys. Yield symmetry and ductility were found to be dependent on combination of several factors including grain size, extent of recrystallization and texture. At selected extrusion parameters, M1-Sr alloys had weaker textures, improved strength, higher ductility and reduced yield asymmetry. The final task in this phase was the industrial extrusion trials at the Industrial Partner's extrusion plant in Mexico. The optimum alloy compositions in both cases (lab-scale and industrial) were the same at 350 °C i.e, Mg-1Mn-2.1Sr. / Les alliages de magnésium pour l'extrusion ont reçu une attention toute particulière au cours des dernières années pour ce qui a trait aux applications automobiles étant donné leur potentiel pour la réduction de poids. L'alliage de Mg-1%Mn (M1) offre une bonne formabilité, cependant, la faible résistance offerte par cet alliage est un problème majeur. L'extrusion des alliages de magnésium démontre une texture finale avec des plans de base alignés avec l'axe d'extrusion qui ainsi résulte dans une asymétrie des propriétés de tension et de compression. Il a été démontré expérimentalement que des additions de terres rares telles que Ce et Nd aux alliages de magnésium affaiblissent la texture et améliorent la formabilité pour l'extrusion et le laminage. Le strontium (Sr) qui est un affineur de grains utile possède un diagramme de phase similaire aux autres éléments des terres rares et est présumé avoir le même effet dans les alliages de Mg-Mn. Ce travail de recherche a été orienté vèrs le développement de nouvelles compositions d'alliages de magnésium basées sur le système Mg-Sr. L'objectif de ce projet a été d'analyser l'effet du Sr sur le comportement des alliages lors de l'extrusion et les propriétées des alliages de Mg-1Mn. Cet effet a été étudié par l'analyse de la microstructure et l'évolution de la texture lors de l'extrusion des échantillons d'alliages Mg-Mn-Sr et par la détection du rôle des précipités dans les mécanismes de recristallisation dynamique lors de l'extrusion. Ce travail a été suivi par l'étude de l'effet des additions de strontium sur les caractéristiques de la déformation à chaud et l'évolution de la texture de l'alliage Mg-1Mn (M1). Ceci a été analysé par la réalisation d'essais de compression à chaud effectués à 400 ºC et à une vitesse d'allongement de 0.1mm/s. La texture de l'alliage M1 après l'essai de compression à chaud était de type basale mais affaiblie lors de l'augmentation des additions de Sr.Dans la seconde partie de ce travail de recherche, l'effet de l'addition de Sr jusqu'à 2% poids sur la texture et sur les propriétées mécaniques de l'alliage M1 après extrusion a été étudié. L'extrusion a été effectuée à une température de 350 ºC. Les alliages M1-Sr ont montré un affaiblissement de la texture par le développement de composés avec une texture aléatoire lors de l'extrusion. La variation aléatoire de la texture a été attribuée à la stimulation des particules de nucléation autour des composés intermétalliques Mg-Sr au cours de la recristallisation. Les compositions M1-Sr ont été celles qui ont montré une augmentation de la force de résistance et aussi de la ductilité ainsi que la réduction du cédage asymétrique. Dans la dernière partie de cette étude l'effet de la température d'extrusion sur l'évolution de la texture et la recristallisation des alliages M1 et M1-1.6Sr a été analysé. L'alliage M1 a montré une texture plus faible après l'extrusion à 300 ºC, mais a développé une structure basale forte à 350 et 400 ºC. L'alliage M1-1.6Sr a développé des textures plus faibles à toutes les températures d'extrusion et ceci a donné comme résultat une formation préférentielle de PSN à cause des composés intermétalliques Mg-Sr qui ont formé des grains avec des orientations aléatoires.Dans la dernière partie de l'étude, l'effet des paramètres d'extrusion sur évolution de la texture, recristallisation et les propriétés mécaniques des alliages extrudés a été analysée. M1-Sr alliages eu les plus faibles, des textures résistance améliorée, une plus grande ductilité et un rendement réduit l'asymétrie. La dernière tâche de cette phase était l'extrusion industrielle des alliages M1-Sr à l'usine d'extrusion du partenaire industriel au Mexique.Les compositions d'alliage optimales dans les deux cas (l'échelle du laboratoire et industriel) étaient les mêmes à 350 °C i.e, Mg-1Mn-2.1Sr.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114461 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Borkar, Hemant |
| Contributors | Mihriban Ozden Pekguleryuz (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Mining and Materials) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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