On the strength and fracture toughness of an additive manufactured CrCoNi medium-entropy alloy

材料科学 合金 极限抗拉强度 微观结构 断裂韧性 复合材料 韧性 断裂力学
作者
Punit Kumar,Matthew Michalek,David H. Cook,Sheng Huang,Kwang Boon Lau,Pei Wang,Mingwei Zhang,Andrew M. Minor,Upadrasta Ramamurty,Robert O. Ritchie
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier]
卷期号:258: 119249-119249 被引量:69
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2023.119249
摘要

An additively manufactured (nominally equiatomic) CrCoNi alloy was processed by laser powder bed fusion (LPBF). At ambient temperatures (298 K), this medium-entropy alloy displayed a yield strength, σ<sub>y</sub> of ~691 ± 9 MPa, and an ultimate tensile strength, σ<sub>u</sub> of ~926 ± 15.2 MPa; at cryogenic temperatures (77 K), yield and tensile strengths increased respectively to σ<sub>y</sub> ~ 944 ± 6 MPa and σ<sub>u</sub> ~ 1382 ± 11 MPa. These strength levels are 57 and 44% higher than that of the wrought alloy, due to strengthening from the solidification cellular structures intertwined with dislocations in the LPBF CrCoNi. The crack-initiation fracture toughness, K<sub>JIc</sub> was measured to be ~183.7 ± 28 MPa√m at 298 K; this value marginally decreased by ~4% to ~176 ± 11 MPa√m at 77 K. These K<sub>JIc</sub> values of the LPBF CrCoNi were 11% and 35% lower than the wrought CrCoNi alloy at 298 K and 77 K, respectively. Here, the resistance to crack growth of the LPBF CrCoNi from its hierarchical micro- and meso-structures was evaluated using nonlinear-elastic fracture mechanics by measuring R-curve behavior in the form of the J-integral as a function of crack extension. The specific features of the hierarchical microstructures at different length-scales provide a basis for the strengthening and toughening properties of this additively manufactured medium-entropy alloy. This correlation between the deformation and the hierarchical microstructures at different length-scales may provide future guidance for improving the fracture toughness properties of medium-entropy alloys.
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