Abstract Many two-phase alloys work-harden much faster than do pure single crystals. This is because the two phases are not equally easy to deform. One component (often dispersed as small particles) deforms less than the other, or not at all, so that gradients of deformation form with a wavelength equal to the spacing between the phases or particles. Such alloys are 'plastically non-homogeneous', because gradients of plastic deformation are imposed by the microstructure. Dislocations are stored in them to accommodate the deformation gradients, and so allow compatible deformation of the two phases. We call these 'geometrically-necessary' dislocations to distinguish them from the 'statistically-stored' dislocations which accumulate in pure crystals during straining and are responsible for the normal 3-stage hardening. Polycrystals of pure metals are also plastically non-homogeneous. The density and arrangement of the geometrically-necessary dislocations can be calculated fairly exactly and checked by electron microscopy and x-ray techniques. The rate at which they accumulate with strain is conveniently described by the 'geometric slip distance', a characteristic of the microstructure. Their arrangement is quite different from that of the statistically-stored dislocations, which may make them particularly susceptible to recovery effects, even at low temperatures. Geometrically-necessary dislocations control the work hardening of the specimen when their density exceeds that of the statistically-stored ones. They contribute to hardening in two ways: by acting as individual obstacles to slip, and (collectively) by creating a long-range back-stress, with wave-length equal to the particle spacing. With the exception of single-phase single crystals, almost all metals and alloys are plastically non-homogeneous to some extent. The model provides an explanation for the way in which the stress-strain curve is influenced by a dispersion of particles, and by grain size.

The effective mechanical properties of the octet-truss lattice structured material have been investigated both experimentally and theoretically. Analytical and FE calculations of the elastic properties and plastic yielding collapse surfaces are reported. The intervention of elastic buckling of the struts is also analysed in an approximate manner. Good agreement is found between the predictions of the strength and experimental observations from tests on the octet-truss material made from a casting aluminium alloy. Moreover, the strength and stiffness of the octet-truss material are stretching-dominated and compare favourably with the corresponding properties of metallic foams. Thus, the octet-truss lattice material can be considered as a promising alternative to metallic foams in lightweight structures.

Abstract Polycrystalline matter can deform to large strains by grain-boundary sliding with diffusional accommodation. A new mechanism for this sort of deformation is described and modelled. It differs fundamentally from Nabarro-Herring and Coble creep in a topological sense: grains switch their neighbors and do not elongate significantly. A constitutive equation describing the mechanism is derived from the model. The strain-rate may be diffusion controlled, in which case the constitutive equation resembles the Nabarro-Herring-Coble equation but predicts strain-rates which are roughly an order of magnitude faster. Or it may be controlled by an interface reaction—roughly speaking, by the restricted ability of a boundary to act as a sink or source for point defects, or by its restricted ability to slide. The flow behavior of superplastic alloys can be explained as the superposition of this mechanism and ordinary power-law creep (“dislocation creep”). The combined mechanisms appear to be capable of explaining not only the observed relation between strain-rate and stress, but most of the microstructural and topological features of superplastic flow as well.

The potential of metallic glasses as structural materials is assessed. A wide-ranging comparison with conventional engineering materials shows metallic glasses to be restricted to niche applications, but with outstanding properties awaiting wider application, for example in micro electro-mechanical systems devices.

The mechanical properties (linear and nonlinear elastic and plastic) of two-dimensional cellular materials, or honeycombs, are analysed and compared with experiments. The properties are well described in terms of the bending, elastic buckling and plastic collapse of the beams that make up the cell walls.

The multifunctional performance of stochastic (foamed) cellular metals is now well documented. This article compares such materials with the projected capabilities of materials with periodic cells, configured as cores of panels, tubes and shells. The implementation opportunities are as ultra-light structures, for compact cooling, in energy absorption and vibration control. The periodic topologies comprise either micro-truss lattices or prismatic materials. Performance benefits that can be expected upon implementing these periodic materials are presented and compared with competing concepts. Methods for manufacturing these materials are discussed and some cost/performance trade-offs are addressed.