Hetero-zone boundary affected region: A primary microstructural factor controlling extra work hardening in heterostructure

材料科学 加工硬化 体积分数 硬化(计算) 应变硬化指数 异质结 可塑性 合金 变形机理 工作(物理) 凝聚态物理 复合材料 微观结构 热力学 物理 图层(电子) 光电子学
作者
Yanfei Wang,Yuntian Zhu,Zhijie Yu,Jianfeng Zhao,Yueguang Wei
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:241: 118395-118395 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2022.118395
摘要

Heterostructured metals possess superior mechanical properties exceeding the prediction by the rule-of-mixtures. However, it remains a challenge to understand the key microstructural factor that controls the extra work hardening. Here aided by a newly developed mechanism-based plasticity model that incorporates the constitutive law of the back stress induced by zone-scale deformation heterogeneity, we reveal that the hetero-zone boundary affected region (Hbar) plays the key role in controlling the synergistic mechanical responses of heterostructure. Specifically, the Hbar, characterized by high strain gradient with a constant characteristic width, is formed to coordinate inter-zone deformation heterogeneity. The extra work hardening originates primarily in the Hbar, where the accumulation of geometrically necessary dislocations develops back stress and forest hardening. Importantly, the extra work hardening increases proportionally with Hbar volume fraction, and the best strength-ductility combination is reached when Hbar approaches saturation. In addition, the influences of zone configuration, mechanical incompatibility, and zone volume fraction on Hbar effect are analyzed, which sheds light on potential strategies to enhance the Hbar effect for optimizing strength-ductility combination.

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