Strengthening behaviour of forged in-situ developed magnesium composites

ABSTRACT

Mg alloys/composites can fulfil evolving needs of the automotive industry. Mg-based in-situ developed metal matrix nano-composites (MMnCs) are not researched well. In the present study, Mg-based hybrid MMnCs have been developed by in-situ reinforcement of MgO and CeO₂ particles through the stir casting process. The minimum reinforcement size has been confirmed as 20 nm during transmission electron microscopy (TEM). MMnCs were subjected to high-temperature press forging. Thus,significantly reducing porosity. The evolved texture, mechanical properties were evaluated near the central and peripheral regions of the forged disk. Fractography was carried out to confirm the nature of the fracture. The Central region of disk showed better mechanical properties than peripheral region. The dominant presence of basal texture near the peripheral area led to tensile twinning and, thus, prominent strain hardening during compression. Further, strengthening mechanisms were used to predict the yield strength. It is found that Taylor’s strengthening is the dominant strengthening mechanism.

Les alliages/composites de Mg peuvent répondre aux besoins en évolution de l’industrie automobile. Les nanocomposites à matrice métallique (MMnC) à base de Mg développés in situ ne sont pas bien étudiés. Dans l’étude présente, on a développé des MMnC hybrides à base de Mg, par renforcement in situ de particules de MgO et de CeO₂ par le procédé de coulée avec agitation. On a confirmé la taille minimale de renforcement à 20 nm au cours de la microscopie électronique à transmission (MET). Les alliages/composites métalliques sont soumis à des procédés de formage afin d’obtenir des produits durables. Ainsi, on a soumis les MMnCs à un forgeage à la presse à haute température, réduisant la porosité de façon appréciable. On a évalué la texture évoluée, les propriétés mécaniques et la réponse tribologique, près des régions centrales et périphériques du disque forgé. On a effectué une fractographie afin de confirmer la nature de la rupture. La région centrale du disque a montré de meilleures propriétés mécaniques que la région périphérique. La présence dominante de texture basale près de la zone périphérique a conduit à un maclage den tension et, par conséquent, à un écrouissage important pendant la compression. De plus, on a utilisé des mécanismes de renforcement afin de prédire la limite d’élasticité. Le renforcement de Taylor s’avère le mécanisme de renforcement dominant.

KEYWORDS:

• Mg
• MMC
• hot forging
• texture evolution
• strengthening mechanism
• in-situ reinforcement
• nano particles
• TEM
• EBSD

Acknowledgements

The authors are thankful to Bharat Forge Limited, Pune, India, for helping in casting the MMCs. Further, the authors are thankful to Dr. Nagaraj M. Chelliah, who gave useful input in framing the work. The authors are obliged to Nano Research Facility and Central Research Facility (CRF), Indian Institute of Technology, IIT Delhi.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Data availability statement

The raw/processed data required to reproduce these findings cannot be shared at this time as the data also forms part of an ongoing study.