Dynamic recrystallization and grain size effects in shock hardened copper

Résumé
Des échantillons de cuivre ont été soumis a un chargement par ondes de choc de 50 GPa suivi par une haute déformation γ~2-5 à une vitesse de déformation élevé (~10⁴s^-1). La structure recrystallisée consiste de grains fins et equiaxes (0.1-0.3 µm). Des essais à basse vitesse de déformation sur ces mêmes échantillons soumis au choc et préchauffés ont produit une structure recrystallisée avec une taille de grains de 2-3µm et une densité élevée de macles de recuit. Ces différences indique que les mécanismes de recristallisation dynamique opérant à basses et hautes vitesses de déformation sont différents. L'effet de la taille de grain initial a été aussi étudié : des tailles de grain de 10, 5, 25, 117, et 315µm, ont été produites. Le chargement par choc a crée une haute densité de dislocations dans les échantillons à basses taille de grains et une densité élevée de macles de déformation dans les tailles élevées. Ces différences ont un effet prononcé sur le réponse mécanique subséquente et affectent la tendance à la localisation, l'écrouissage, et la contrainte d'écoulement du matériau.

Abstract
Copper pre-shocked to 50 GPa underwent dynamic recrystallization, when subsequently plastically deformed to high strains (γ~2-5) at high strain rates. The recrystallized structure generated at high strain rates consisted of small, equiaxed grains (0.1-0.3 µm). Low-strain-rate experiments on pre-shocked (and pre-heated specimens) revealed a recrystallized grain size of ~2-3 µm, with profuse annealing twins ; this is suggestive of different mechanisms operating at low and high strain rates. The effect of grain size (9.5, 25, 117, 315 µm) on high-strain, high-strain-rate deformation of copper was also investigated. Pre-shocking of the specimens generated a high dislocation density and deformation twins. Twinning was highly dependent on grain size, being profuse for 177 and 315 µm, and virtually absent for 9.5 µm specimens. This was observed to have a profound effect on the subsequent mechanical response of the larger grain-sized specimens, which underwent considerably larger shock-wave hardening than the smaller grain-sized ones.