Deformation analysis of hot-compressed magnesium alloys with a field emission scanning electron microscope

Quantitative microstructure characterization is commonly performed on thin foils using a transmission electron microscope (TEM) at the atomic scale spatial resolution. The main drawbacks of TEM include time consuming and destructive thin foil preparation, limited field of view and statistically unreliable results in the case of heterogeneous microstructures. Alternatively, quantitative microstructure characterization is performed on bulk specimens using field emission gun scanning electron microscope (SEM) at the nanoscale spatial resolution. In comparison to TEM, the main advantages of SEM include fast and non-destructive bulk specimen preparation and statistically reliable results from a large field of view in a bulk specimen. Taking advantage of small convergence angle and high current density available in a field emission gun SEM, quantitative microstructure characterization is performed with the electron channeling contrast imaging (ECCI) in conjunction with the electron backscatter diffraction (EBSD). Despite their low density and high specific strength, magnesium (Mg) alloys have a poor formability at room temperature due to limited number of available slip systems. To enhance formability, thermomechanical processing of Magnesium alloys is performed at high temperature. Furthermore, addition of alloying elements (such as aluminum (Al) and calcium (Ca)) sometimes refines the microstructure and manipulates the crystallographic texture for further improved formability. During the thermomechanical processing, Magnesium alloys may undergo dynamic work hardening, dynamic phase transformation and dynamic work softening (i.e. recrystallization and recovery) processes. As a result, the resulting microstructure is highly heterogeneous with respect to microstructure substructures, crystallographic texture and second phase particles. In this research, dynamic behavior of the micro-alloyed Mg-Al-Ca alloys during the uniaxial hot compression testing was studied in a field emission gun SEM. The microstructure observation was carried out with ECCI. The quantitative crystal orientation mapping was performed with EBSD.La caract´erisation quantitative des microstructures se fait g´en´eralement suˆr des ´echantillons minces avec un microscope ´electronique en transmission (TEM) et une r´esolution spatiale `a l´echelle atomique. L’usage du TEM pr´esente plusieurs grands inconv´enients, `a savoir: une m´ethode de pr´eparation des ´echantillons longue et destructive, un champ de vision limit´e, et des r´esultats statistiquement non fiables dans le cas des microstructures h´et´erog`enes. De fa¸con alternative, la caract´erisation quantitative des microstructures peut ˆetre r´ealis´ee suˆr des ´echantillons massifs en utilisant un microscope ´electronique a` balayage (SEM) par ´emission de champ avec une r´esolution spatiale `a l´echelle nanom´etrique. Comparativement au TEM, les principaux avantages du SEM sont notamment la pr´eparation rapide et non destructive des ´echantillons ainsi que la fiabilit´e statistique des r´esultats provenant du champ de vision large suˆr un ´echantillon massif. Graˆce au petit angle de convergence et a` la densit´e de courant ´elev´ee disponible avec le SEM par ´emission de champ, la caract´erisation quantitative des microstructures peut ˆetre effectu´ee via l’imagerie par contraste de canalisation ´electronique (ECCI) en parall`ele avec la diffraction d’´electrons r´etrodiffus´es (EBSD). Malgr´e leurs faible densit´e et r´esistance sp´ecifique´elev´ee, les alliages de Magn´esium poss`edent une faible aptitude au formage a` temp´erature ambiante en raison du nombre limit´e de syst`emes de glissement disponibles. Pour am´eliorer son aptitude au formage, un traitement thermom´ecanique des alliages de Magn´esium se r´ealise a` une temp´erature ´elev´ee. De plus, l’incorporation d´el´ements d’alliage entraˆıne parfois le raffinement de la microstructure et la manipulation de la texture cristallographique pour une aptitude au formage davantage am´elior´ee. Durant le traitement thermom´ecanique, les alliages de Magn´esium peuvent subir une dynamique d’´ecrouissage, de transformation de phase, et d’anti-´ecrouissage (i.e. une recristallisation et une r´ecup´eration). En cons´equence, la microstructure r´esultante est fortement h´et´erog`ene par rapport aux sous-structures dans la microstructure, a` la texture cristallographique, et aux particules de seconde phase. Dans cette recherche, le comportement dynamique de Mg-Al-Ca microalli´e durant des essais de compression uniaxial a` chaud a ´et´e ´etudi´e avec un SEM par ´emission de champ. L’observation de la microstructure a ´et´e effectu´ee avec ECCI. La d´etermination quantitative de l’orientation cristallographique ´et´e r´ealis´e avec EBSD