Tunable stacking fault energies by tailoring local chemical order in CrCoNi medium-entropy alloys

堆积 层错能 韧性 材料科学 可塑性 延展性(地球科学) 高熵合金 化学物理 热力学 微观结构 复合材料 物理 化学 蠕动 有机化学
作者
Jun Ding,Qin Yu,Mark Asta,Robert O. Ritchie
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:115 (36): 8919-8924 被引量:648
标识
DOI:10.1073/pnas.1808660115
摘要

High-entropy alloys (HEAs) are an intriguing new class of metallic materials due to their unique mechanical behavior. Achieving a detailed understanding of structure-property relationships in these materials has been challenged by the compositional disorder that underlies their unique mechanical behavior. Accordingly, in this work, we employ first-principles calculations to investigate the nature of local chemical order and establish its relationship to the intrinsic and extrinsic stacking fault energy (SFE) in CrCoNi medium-entropy solid-solution alloys, whose combination of strength, ductility and toughness properties approach the best on record. We find that the average intrinsic and extrinsic SFE are both highly tunable, with values ranging from -43 mJ.m-2 to 30 mJ.m-2 and from -28 mJ.m-2 to 66 mJ.m-2, respectively, as the degree of local chemical order increases. The state of local ordering also strongly correlates with the energy difference between the face-centered cubic (fcc) and hexagonal-close packed (hcp) phases, which affects the occurrence of transformation-induced plasticity. This theoretical study demonstrates that chemical short-range order is thermodynamically favored in HEAs and can be tuned to affect the mechanical behavior of these alloys. It thus addresses the pressing need to establish robust processing-structure-property relationships to guide the science-based design of new HEAs with targeted mechanical behavior.
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