Superplasticity and grain boundary character distribution in overaged Al-Li-Cu-Mg-Zr alloy

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Abstract
Samples of 8091 alloy were subjected to a thermomechanical processing (TMP) treatment that included the following stages: overaging before deformation. multistage deformation at 300°C and strain rate change tests for superplasticity. Torsional deformation was utilized both to develop the refined microstructure and to test for superplasticity. The strain rate sensitivity, m, of the material ranged between 0.30 and 0.45 at 450°C for strain rates between 8 × 10−2 and 10−3 s−1. The grain boundary character distribution (GBCD) of thermomechanically processed Al-Li-Cu-Mg-Zr (8091) alloy, which develops good superplastic response, has been determined by an electron backscattering diffraction technique (EBSD). All grain boundaries have been classified into one of three categories in terms of Σ values: low angle, coincidence site lattice and random high angle boundaries. Quantitative studies of grain boundary character were done after various processing stages to obtain evidence about structure evolution and indicate an increase in Σ boundary frequency following TMP. Selected area electron diffraction examination (SAD) gave evidence about the refined structure, in which the grain boundary misorientation increased from a few degrees after TMP to 20–30 after strain rate change tests. It has been shown quantitatively by EBSD how the grain boundary character was changed to high Σ values. TEM analyses indicate that the T2 phase is responsible for substructure stabilization. There is no evidence of cavity formation during superplastic deformation by torsion, which suggests that cavity nucleation is strongly influenced by the nature of stress. Nous avons soumis des échantillons d'alliages 8091 à un processus de traitement thermomécanique (TMP) comprenant les étapes suivantes: survieillissement avant déformation, déformation en plusieurs étapes à 300°C et tests de superplasticité sous différentes vitesses de déformation. Nous avons utilisé la déformation par torsion aussi bien pour développer la microstructure fine que pour tester la superplasticité. La sensitivité à la vitesse de déformation, m, du matériau varie entre 0.30 et 0.45 à 450°C pour des vitesses de déformation entre 8 × 10−2 et 10−3 s−1. Nous avons déterminé au moyen d'une technique de diffusion rétrograde des électrons (EBSD) la distribution du caractère de joints de grains (GBCD) de l'alliage Al-Li-Cu-Mg-Zr (8091) traité thermomécaniquement, ce qui produit une bonne superplasticité. Nous avons classé tous les joints de grains dans l'une des trois catégories en fonction de la valeur de Σ: petit angle, réseau de coïncidence et joints à grand angle aléatoire. Pour obtenir des évidences sur l'évolution de la structure et une indication sur l'augmentation en fréquence du Σ des joints après le TMP, nous avons effectué des études quantiatives sur le caractère des joints de grains après plusieurs étapes de traitement. L'examen de la diffraction d'électrons sur des aires sélectionnées (SAD) a fourni des évidences sur la structure fine pour laquelle la mésorientation des joints de grains augmente de quelques degrés après le TMP jusqu' à 20–30 degrés après les tests de changement de vitesse de déformation. Nous avons montré quantitativement par l'EBSD comment le caractère des joints de grains a changé vers une grande valeur de Σ. Les analyses au TEM indiquent que la phase T2 est responsable de la stabilisation de la structure. Il n'y a pas d'évidence de formation de cavités pendant la déformation superplastique par torsion, ce qui suggère que la nature de la contrainte influence grandement la nucléation des cavités.

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