Hierarchical grain size and nanotwin gradient microstructure for improved mechanical properties of a non-equiatomic CoCrFeMnNi high-entropy alloy

材料科学 合金 微观结构 极限抗拉强度 层错能 材料的强化机理 韧性 变形机理 变形(气象学) 复合材料 晶体孪晶 冶金
作者
Xiaodong Han,Shengcheng Mao,Yinong Liu,Hao Zhou,Yadi Zhai,Zhiyong Tian,Cuixiu Liu,Ze Zhang,Xiaodong Han
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:92: 195-207 被引量:134
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2021.02.059
摘要

This study explored a multi-mechanism approach to improving the mechanical properties of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy through non-equiatomic alloy design and processing. The alloy design ensures a single-phase face-centered cubic structure while lowering the stacking fault energy to encourage the formation of deformation twins and stacking faults by altering the equiatomic composition of the alloy. The processing strategy applied helped create a hierarchical grain size gradient microstructure with a high nanotwins population. This was achieved by means of rotationally accelerated shot peening (RASP). The non-equiatomic CoCrFeMnNi high-entropy alloy achieved a yield strength of 750 MPa, a tensile strength of 1050 MPa, and tensile uniform elongation of 27.5%. The toughness of the alloy was 2.53 × 1010 kJ/m3, which is about 2 times that of the same alloy without the RASP treatment. The strength increase is attributed to the effects of grain boundary strengthening, dislocation strengthening, twin strengthening, and hetero-deformation strengthening associated with the heterogeneous microstructure of the alloy. The concurrent occurrence of the multiple deformation mechanisms, i.e., dislocation deformation, twining deformation and microband deformation, contributes to achieving a suitable strain hardening of the alloy that helps to prevent early necking and to assure steady plastic deformation for high toughness.
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