Initiation of fatigue cracks in AZ91 Mg alloy processed by ECAP

Abstract

Mechanism of fatigue crack initiation was investigated in ultrafine-grained (UFG) magnesium alloy AZ91 processed by equal channel angular pressing (ECAP). Fatigue behaviour of UFG material was compared to the behaviour of material in an initial as-cast state. Focused ion beam technique (FIB) was applied to reveal the surface relief and early fatigue cracks. Two substantially different mechanisms of crack initiation were observed in UFG structure, which can be characterized as bimodal even after 6 ECAP passes by route Bc. The bimodality consists in a coexistence of very fine grained areas with higher content of Mg17Al12 particles and areas exhibiting somewhat larger grains and lower density of particles. The fatigue cracks which initiate in areas of larger grains are related to the cyclic slip bands; this initiation mechanism is similar to that observed in cast alloy. The second initiation mechanism is related to the grain boundary cracking which takes place predominantly in the fine grained areas.

Mechanismus iniciace únavových trhlin byl zkoumán u ultrajemnozrnné (UFG) slitiny hořčíku AZ91 zpracované metodou ECAP. Únavové chování UFG materiálu bylo srovnáno s chováním materiálu v počátečním stavu, po odlití. Technika FIB byla použita k odhalení reliéfu povrchu a inicovaných únavových trhlin. V UFG struktuře, která může být charakterizována jako bimodální i po 6 ECAP průtlakech, metodou Bc, byly pozorovány dva v podstatě různé mechanismy iniciace trhlin. Bimodalita struktury spočívá v koexistenci velmi jemnozrnný oblastí s vyšším obsahem Mg17Al12částic a oblasti větších zrn s nižší hustotu částic. Iniciace únavových trhlin, které se iniciovali v oblastech větších zrn, se vztahují k cyklickým skluzovým pásům. Tento mechanismus iniciace je podobný jako u slitiny v litém stavu. Druhý mechanismus iniciace, který probíhá převážně v jemnozrnné oblasti, se vztahuje k hranici zrn.