Advancing strength and counteracting embrittlement by displacive transformation in heterogeneous high-entropy alloys containing sigma phase

材料科学 脆化 脆性 高熵合金 金属间化合物 合金 冶金 无扩散变换 极限抗拉强度 延展性(地球科学) 奥氏体 微观结构 蠕动
作者
Wenjun Lu,Wenqi Guo,Zhangwei Wang,Jianjun Li,Fengchao An,Gerhard Dehm,Dierk Raabe,Christian H. Liebscher,Zhiming Li
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:246: 118717-118717 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2023.118717
摘要

Metallic alloy design for room temperature applications typically aims at avoiding undesired brittle intermetallic phases. In transition metal alloys, the sigma phase is particularly known as a harmful phase leading to serious embrittlement. Here, we develop a novel strategy that utilizes displacive transformation and heterogeneous structures to mitigate the embrittlement of sigma phase particles in high-entropy alloys (HEAs). A careful study of the deformation behavior reveals that the displacive transformation from face-centered cubic (FCC) to hexagonal close packed (HCP) phase can effectively suppress the propagation of microcracks originated in these brittle sigma particles (310±52 nm) and contributes to high work hardening behavior during tensile deformation. This is achieved by tuning the stacking fault energy of the FCC matrix by reducing the Ni content to promote transformation induce plasticity (TRIP) around the sigma phase in a non-equiatomic Fe34Mn20Co20Cr20Ni6 (at. %) HEA. Such TRIP effect can be optimized in various heterogeneous structures with bimodal grain sizes via simple cold-rolling (∼60%) and subsequent annealing (30 min at 700 or 800 °C). The heterogeneously structured HEAs containing brittle sigma particles exhibit ultimate tensile strengths as high as ∼1.2 GPa while maintaining a ductility up to ∼50%. This is mainly attributed to the transformation induced stress-relaxation around the regions containing brittle sigma particles. The insights provide a new design strategy of combining TRIP effect and heterogeneous structures for developing strong and ductile alloys.
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