Tailoring planar slip to achieve pure metal-like ductility in body-centred-cubic multi-principal element alloys

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作者
Liang Wang,Jun Ding,Songshen Chen,Ke Jin,Qiuhong Zhang,Jiaxiang Cui,Benpeng Wang,Bing Chen,Tianyi Li,Yang Ren,Shijian Zheng,Kaisheng Ming,Wenjun Lu,Junhua Hou,Gang Sha,Jun Liang,Lu Wang,Yunfei Xue,E. Ma
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:22 (8): 950-957 被引量:329
标识
DOI:10.1038/s41563-023-01517-0
摘要

Uniform tensile ductility (UTD) is crucial for the forming/machining capabilities of structural materials. Normally, planar-slip induced narrow deformation bands localize the plastic strains and hence hamper UTD, particularly in body-centred-cubic (bcc) multi-principal element high-entropy alloys (HEAs), which generally exhibit early necking (UTD < 5%). Here we demonstrate a strategy to tailor the planar-slip bands in a Ti-Zr-V-Nb-Al bcc HEA, achieving a 25% UTD together with nearly 50% elongation-to-failure (approaching a ductile elemental metal), while offering gigapascal yield strength. The HEA composition is designed not only to enhance the B2-like local chemical order (LCO), seeding sites to disperse planar slip, but also to generate excess lattice distortion upon deformation-induced LCO destruction, which promotes elastic strains and dislocation debris to cause dynamic hardening. This encourages second-generation planar-slip bands to branch out from first-generation bands, effectively spreading the plastic flow to permeate the sample volume. Moreover, the profuse bands frequently intersect to sustain adequate work-hardening rate (WHR) to large strains. Our strategy showcases the tuning of plastic flow dynamics that turns an otherwise-undesirable deformation mode to our advantage, enabling an unusual synergy of yield strength and UTD for bcc HEAs.
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