Substructure and strengthening of heavily deformed single and two-phase metallic materials

(Received 6 September 1990, accepted 15 October 1990)

Abstract
Work hardening of single-phase crystalline materials (and to some extent, coarse two-phase and dispersion hardened materials too) at low temperatures results from the competition of two dynamic processes: dislocation accumulation, during the long-range gliding of mobile dislocations and dynamic recovery, involving local rearrangements and length annihilation from mobile and stored dislocation interactions. Its complete understanding would be very useful for designing materials with maximized strength after heavy cold work. However, modelling of the strain-induced evolution of the dislocation substructure, an essential ingredient of any work hardening theory, is still far from satisfactory. On the other hand, some heavily deformed ductile two-phase in situ composites are only second to whiskers among the strongest metallic materials. At first sight, the main obstacle geometry for dislocation glide in lamellar or multifilamentary in situ composites being clear-cut, it can be thought that their strength and work hardening are completely understood. However, this is not so and several schools of thought propose different interpretations for the exaggerated departure of the stress-strain curves of in situ composites from the rule-of-mixtures curves built from those of their bulk components. This paper aims to discuss such interpretations. The composite Cu-Nb is taken as model material owing to the extensive and detailed mechanical and microstructural data available in the literature, including different deformation temperatures and two different strain paths. Fine pearlite Fe-Fe ₃C is the other obvious reference.

Résumé
Le durcissement par déformation des matériaux cristallins monophasés (et, dans une certaine mesure, des matériaux biphasés à grande dimension de phases, et des matériaux renforcés par une phase dispersée) à basse température résulte d'une compétition entre deux processus dynamiques: l'accumulation de dislocations pendant le glissement des dislocations sur de longues distances, et la restauration dynamique, comprenant des réarrangements locaux et des annihilations par réaction entre dislocations mobiles et accumulées. La compréhension complète de ces mécanismes serait très utile à la conception de matériaux de résistance optimisée par écrouissage. Cependant, la modélisation de l'évolution de la sous structure induite par déformation, qui est un ingrédient essentiel de toute théorie du durcissement, est encore loin d'être satisfaisante. Par ailleurs, certains composites in situ biphasés écrouis viennent juste après les whiskers parmi les matériaux métalliques les plus résistants. A première vue, le principal obstacle géométrique au glissement des dislocations dans les composites in situ lamellaires ou à fibres étant évident, on peut penser que leur résistance et leur durcissement sont parfaitement compris. Cependant, il n'en est rien et plusieurs écoles de pensée proposent diverses interprétations pour les écarts exagérés des courbes contrainte-déformation des composites in situ, par rapport aux courbes obtenues par la loi des mélanges. Le but de cet article est de discuter ces interprétations. Le composite Cu-Nb est choisi comme modèle, à cause de l'abondance des données mécaniques et microstructurales disponibles dans la littérature, pour diverses températures et chemins de déformation. La perlite fine Fe-Fe ₃C est l'autre référence évidente.