A new metastable β-type Ti-3.5Al-5Mo-4 V (Ti-B20) alloy with a high strength has been recently developed. However, the plasticity of the alloy after solution or aging treatment is poor due to its large initial β grain size, and conventional deformation-induced grain refinement is quite limited. In the present work, a high-pressure torsion (HPT) method was used to manufacture a Ti-B20 alloy with large deformed grains. The Ti-B20 alloy subjected to HPT was annealed in a β-phase field (850 ℃) for different periods. The deformation mechanism during HPT processing and the recrystallization behavior of the deformed alloy were systematically revealed. The results show that the deformation mode during HPT processing is mainly dislocation slip and shear band splitting of the original grains and martensitic phase (α″). During recrystallization annealing, the shear bands and high-density dislocations generated by the HPT deformation of the Ti-B20 alloy significantly promote nucleation and growth of recrystallized grains, which shortens the time to complete recrystallization. After recrystallization annealing, exceptional strength-ductility synergy with a high tensile strength of 941.9 MPa and a high plasticity of 39.7% is achieved in the fine-grained (14.68 µm) alloy, which is the highest elongation reported in the Ti-B20 alloy at present. The fine grains with a low dislocation density provide more space for dislocation slip and accumulation while maintaining high strength. This work provides a new possibility for preparing fine-grained β-titanium alloys with synergistic strength and plasticity.

Strength and ductility of ultrafine grained (UFG) aluminum and iron fabricated by ARB and annealing were clarified in the grain sizes ranging from 200 nm to 20 μm. Strength held Hall–Petch relationship, while uniform elongation of the UFG materials was limited below a few percents. The limited uniform elongation in the UFG materials could be explained in terms of plastic instability.

Processes of severe plastic deformation (SPD) are defined as metal forming processes in which a very large plastic strain is imposed on a bulk process in order to make an ultra-fine grained metal. The objective of the SPD processes for creating ultra-fine grained metal is to produce lightweight parts by using high strength metal for the safety and reliability of micro-parts and for environmental harmony. In this keynote paper, the fabrication process of equal channel angular pressing (ECAP), accumulative roll-bonding (ARB), high pressure torsion (HPT), and others are introduced, and the properties of metals processed by the SPD processes are shown. Moreover, the combined processes developed recently are also explained. Finally, the applications of the ultra-fine grained (UFG) metals are discussed.

Electron backscattering diffraction with field-emission scanning electron microscopy was used to analyze crystallographically the lath martensite structure in a 0.20% carbon steel. The crystallographic features of the lath martensite structure, of the order of the prior austenite grain size or larger, were clarified. Although the orientations of the martensite crystals were scattered around the ideal variant orientations, the martensite in this steel maintained the Kurdjumov–Sachs (K–S) orientation relationship. The procedures of the crystallographic analysis of the martensite (ferrite) phase with the K–S orientation relationship were explained in detail. Variant analysis showed that all 24 possible variants did not necessarily appear within a single prior austenite grain and that all six variants did not necessarily appear within each packet. Specific combinations of two variants appeared within local regions (sub-blocks), indicating a strict rule for variant selection. Prior austenite grain boundaries and most of the packet boundaries were clearly recognized. However, it was difficult to determine the block boundaries within the sub-blocks.

We observe that a nanostructured metal can be hardened by annealing and softened when subsequently deformed, which is in contrast to the typical behavior of a metal. Microstructural investigation points to an effect of the structural scale on fundamental mechanisms of dislocation-dislocation and dislocation-interface reactions, such that heat treatment reduces the generation and interaction of dislocations, leading to an increase in strength and a reduction in ductility. A subsequent deformation step may restore the dislocation structure and facilitate the yielding process when the metal is stressed. As a consequence, the strength decreases and the ductility increases. These observations suggest that for materials such as the nanostructured aluminum studied here, deformation should be used as an optimizing procedure instead of annealing.

Formulae display:?Mathematical formulae have been encoded as MathML and are displayed in this HTML version using MathJax in order to improve their display. Uncheck the box to turn MathJax off. This feature requires Javascript. Click on a formula to zoom.

Abstract Accumulative roll‐Bonding (ARB) is a severe plastic deformation (SPD) process invented by the authors in order to fabricate ultrafine grained metallic materials. ARB is the only SPD process applicable to continuous production of bulky materials. In the process, 50 % rolled material is cut into two, stacked to be the initial dimension and then rolled again. In order to obtain one‐body solid material, the rolling in ARB is not only a deformation process but also a bonding process (roll‐bonding). By repeating this procedure, SPD of bulky materials can be realized. In this review paper, various kinds of new SPD mechanical properties of the ARB processed materials are indicated.

Samples of pure aluminium (99.99%) have been produced by accumulative roll-bonding to a large strain followed by a heat treatment, where a two-step annealing process has been used to produce samples with large variations in structural parameters such as boundary spacing, misorientation angle and dislocation density. These parameters have been quantified by a structural analysis applying transmission electron microscopy and electron backscatter diffraction, and the mechanical properties have been determined by tensile testing at room temperature. Strength–structure relationships have been analysed based on the operation of two strengthening mechanisms—grain boundary and dislocation strengthening—and good agreement with experiments has been found for the deformed sample. However, for samples where the density of dislocation sources has been reduced significantly by annealing, an additional strengthening mechanism, so-called dislocation source-limited hardening, may operate as a higher stress is required to activate alternative dislocation sources.

α/β alternative Mg–Li composite sheets with different initial thickness ratio of α to β (H) were prepared by accumulative roll-bonding (ARB). The hard layer necking, microstructure evolution and the strain hardening sequence of the α/β alloys in the composite sheets during the ARB process were studied by optical microscopy (OM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), microhardness and tensile test. The results showed that, with the increase of H, the necking of the LA51 layer was relieved, and the grains of the two alloys were gradually refined. With the increase of ARB passes and H, the strength of the composite sheets increased first and then decreased, and the plasticity decreased first and then increased. When H = 1, the ARB3 composite sheet possesses the ultimate tensile strength (UTS), yield strength (YS) and elongation (EL) of 286 ± 1 MPa, 262 ± 6 MPa and 6.4 ± 0.1%, respectively. During the ARB process, the work hardening of the LA141 layer first increased, then that of the LA51 layer increased gradually, and finally that of the two alloy layers increased simultaneously.