Understanding the physical metallurgy of the CoCrFeMnNi high-entropy alloy: an atomistic simulation study

高熵合金 材料科学 合金 物理冶金学 分子动力学 晶体孪晶 热力学 统计物理学 冶金 微观结构 计算化学 物理 化学
作者
Wookjin Choi,Yong Hee Jo,Seok Su Sohn,Sunghak Lee,Byeong-Joo Lee
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:4 (1) 被引量:479
标识
DOI:10.1038/s41524-017-0060-9
摘要

Abstract Although high-entropy alloys (HEAs) are attracting interest, the physical metallurgical mechanisms related to their properties have mostly not been clarified, and this limits wider industrial applications, in addition to the high alloy costs. We clarify the physical metallurgical reasons for the materials phenomena (sluggish diffusion and micro-twining at cryogenic temperatures) and investigate the effect of individual elements on solid solution hardening for the equiatomic CoCrFeMnNi HEA based on atomistic simulations (Monte Carlo, molecular dynamics and molecular statics). A significant number of stable vacant lattice sites with high migration energy barriers exists and is thought to cause the sluggish diffusion. We predict that the hexagonal close-packed (hcp) structure is more stable than the face-centered cubic (fcc) structure at 0 K, which we propose as the fundamental reason for the micro-twinning at cryogenic temperatures. The alloying effect on the critical resolved shear stress (CRSS) is well predicted by the atomistic simulation, used for a design of non-equiatomic fcc HEAs with improved strength, and is experimentally verified. This study demonstrates the applicability of the proposed atomistic approach combined with a thermodynamic calculation technique to a computational design of advanced HEAs.
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