The breakdown of Hall–Petch strength scaling is investigated in nanocrystalline Ni–W alloys at high strain rates, using dynamic hardness testing at grain sizes ranging from 3to150nm. Whereas quasistatic tests show a strength plateau below about 15nm, high-rate tests (indentation strain rate of 103s1) exhibit a pronounced strength peak and a regime of “inverse Hall–Petch” weakening. This effect is shown to be the result of a grain size-dependent rate sensitivity that exhibits a maximum at a grain size near 1020nm. High strain rates are also shown to promote shear banding at nanocrystalline grain sizes.

1.
H.
Conrad
,
Metall. Mater. Trans. A
35A
,
2681
(
2004
).
2.
J.
Schiotz
and
K. W.
Jacobsen
,
Science
301
,
1357
(
2003
).
3.
D.
Wolf
,
V.
Yamakov
,
S. R.
Phillpot
,
A.
Mukherjee
, and
H.
Gleiter
,
Acta Mater.
53
,
1
(
2005
).
4.
Y. T.
Zhu
and
T. G.
Langdon
,
Mater. Sci. Eng., A
409
,
234
(
2005
).
5.
E.
Bitzek
,
C.
Brandl
,
P. M.
Derlet
, and
H.
Van Swygenhoven
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
235501
(
2008
).
6.
K. S.
Kumar
,
S.
Suresh
,
M. F.
Chisholm
,
J. A.
Horton
, and
P.
Wang
,
Acta Mater.
51
,
387
(
2003
).
7.
H.
Van Swygenhoven
,
P. M.
Derlet
, and
A. G.
Froseth
,
Acta Mater.
54
,
1975
(
2006
).
8.
T.
Zhu
,
J.
Li
,
A.
Samanta
,
H. G.
Kim
, and
S.
Suresh
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
104
,
3031
(
2007
).
9.
J.
Schiotz
,
T.
Vegge
,
F. D.
Di Tolla
, and
K. W.
Jacobsen
,
Phys. Rev. B
60
,
11971
(
1999
).
10.
H.
Van Swygenhoven
and
P. A.
Derlet
,
Phys. Rev. B
64
,
224105
(
2001
).
11.
D.
Wolf
,
V.
Yamakov
,
S. R.
Phillpot
, and
A. K.
Mukherjee
,
Z. Metallkd.
94
,
1091
(
2003
).
12.
R. J.
Asaro
,
P.
Krysl
, and
B.
Kad
,
Philos. Mag. Lett.
83
,
733
(
2003
).
13.
V.
Yamakov
,
D.
Wolf
,
S. R.
Phillpot
,
A. K.
Mukherjee
, and
H.
Gleiter
,
Philos. Mag. Lett.
83
,
385
(
2003
).
14.
Z. W.
Shan
,
E. A.
Stach
,
J. M. K.
Wiezorek
,
J. A.
Knapp
,
D. M.
Follstaedt
, and
S. X.
Mao
,
Science
305
,
654
(
2004
).
15.
J. R.
Trelewicz
and
C. A.
Schuh
,
Acta Mater.
55
,
5948
(
2007
).
16.
A. S.
Argon
and
S.
Yip
,
Philos. Mag. Lett.
86
,
713
(
2006
).
17.
A.
Giga
,
Y.
Kimoto
,
Y.
Takigawa
, and
K.
Higashi
,
Scr. Mater.
55
,
143
(
2006
).
18.
C. C.
Koch
and
J.
Narayan
,
Structure and Mechanical Properties of Nanophase Metals
,
MRS Symposia, Proceedings No. 634
(
Materials Research Society
,
Pittsburgh
,
2001
), P.
B5
1
.
19.
A. J.
Detor
and
C. A.
Schuh
,
Acta Mater.
55
,
371
(
2007
).
20.
M. A.
Meyers
,
A.
Mishra
, and
D. J.
Benson
,
Prog. Mater. Sci.
51
,
427
(
2006
).
21.
D.
Jia
,
K. T.
Ramesh
,
E.
Ma
,
L.
Lu
, and
K.
Lu
,
Scr. Mater.
24
,
613
(
2001
).
22.
E. M.
Bringa
,
A.
Caro
,
Y. M.
Wang
,
M.
Victoria
,
J. M.
McNaney
,
B. A.
Remington
,
R. F.
Smith
,
B. R.
Torralva
, and
H.
Van Swygenhoven
,
Science
309
,
1838
(
2005
).
23.
E. M.
Bringa
,
K.
Rosolankova
,
R. E.
Rudd
,
B. A.
Remington
,
J. S.
Wark
,
M.
Duchaineau
,
H.
Kalantar
,
J.
Hawreliak
, and
J.
Belak
,
Nature Mater.
5
,
805
(
2006
).
24.
F.
DallaTorre
,
H.
VanSwygenhoven
, and
M.
Victoria
,
Acta Mater.
50
,
3957
(
2002
).
25.
Y. M.
Wang
,
E. M.
Bringa
,
J. M.
McNaney
,
M.
Victoria
,
A.
Caro
,
A. M.
Hodge
,
R.
Smith
,
B.
Torralva
,
B. A.
Remington
,
C. A.
Schuh
,
H.
Jamarkani
, and
M. A.
Meyers
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
061917
(
2006
).
26.
X. L.
Wu
,
Y.
Qi
, and
Y. T.
Zhu
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
221911
(
2007
).
27.
A. S.
Khan
,
Y. S.
Suh
,
X.
Chen
,
L.
Takacs
, and
H. Y.
Zhang
,
Int. J. Plast.
22
,
195
(
2006
).
28.
Z.
Zhang
,
F.
Zhou
, and
E. J.
Lavernia
,
Metall. Mater. Trans. A
34A
,
1349
(
2003
).
29.
G.
Constantinides
,
C. A.
Tweedie
,
D. M.
Holbrook
,
P.
Barragan
,
J. F.
Smith
, and
K. J.
Van Vliet
,
Mater. Sci. Eng., A
489
,
403
(
2008
).
30.
E. M.
Bringa
,
A.
Caro
, and
E.
Leveugle
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
023101
(
2006
).
You do not currently have access to this content.