Enhanced fracture toughness in NbxTiZrHf high-entropy alloys by metastability engineering

材料科学 断裂韧性 高熵合金 延展性(地球科学) 韧性 亚稳态 结构材料 维氏硬度试验 可塑性 复合材料 冶金 微观结构 蠕动 量子力学 物理
作者
Q. J. Li,Yuan Li,Nanqiu Zhang,Xuanzhu Xu,Yipeng Wang,C. T. Zhou,Yongtao Zou
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:125 (6)
标识
DOI:10.1063/5.0218290
摘要

Compositional tuning of refractory high-entropy alloys (HEAs) is a powerful strategy to modulate their structural stability and mechanical properties. In this study, we investigate the sound velocities, elasticity, and mechanical properties of NbxTiZrHf (x = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0) HEAs using ultrasonic interferometry combined with Vickers hardness measurements. Notably, the metastable bcc Nb0.2TiZrHf HEAs exhibits exceptional fracture toughness, reaching up to 12.2 MPa·m1/2, which is 1.7–3.3 times higher than that of other bcc NbxTiZrHf counterparts. The mechanism for the abnormal strengthening in fracture toughness of Nb0.2TiZrHf HEAs is primarily attributed to the stress-induced bcc-to-hcp phase transition, which promotes plasticity/ductility strengthening and crack deflection. These findings provide deep insights into “metastability engineering” for designing refractory HEAs with superior fracture toughness and high strength.

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