Integrated Design of Aluminum-Containing High-entropy Refractory B2 Alloys with Synergy of High Strength and Ductility

Auteurs : Jie Qi, Xuesong Fan, Diego Ibarra Hoyos, Michael Widom, Peter K. Liaw, Joseph Poon

arXiv: 2312.04708v1 - DOI (cond-mat.mtrl-sci)
Licence : CC BY 4.0

Résumé : Refractory high-entropy alloys, RHEAs, are promising high-temperature structural materials. Their large compositional space poses great design challenges for phase control and high strength-ductility synergy. The present research pioneers using integrated high-throughput machine learning with Monte Carlo simulations to effectively navigate phase-selection and mechanical-properties predictions, developing aluminum-containing RHEAs in single-phase ordered B2 alloys demonstrating both high strength and ductility. These aluminum-containing RHEAs achieve remarkable mechanical properties, including compressive yield strengths up to 1.6 GPa, fracture strains exceeding 50 percent, and significant high-temperature strength retention. They also demonstrate a tensile yield strength of 1.1 GPa with a tension ductility of 6.3 percent. Besides, we identify a valence-electron-count domain for alloy brittleness with the explanation from density-functional theory and provide crucial insights into elements' influence on atomic ordering and mechanical performance. The work sets forth a strategic blueprint for high-throughput alloy design and reveals fundamental principles that govern the mechanical properties of advanced structural alloys.

Soumis à arXiv le 07 Déc. 2023

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