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Cryogenic-temperature fracture toughness analysis of non-equi-atomic V<sub>10</sub>Cr<sub>10</sub>Fe<sub>45</sub>Co<sub>20</sub>Ni<sub>15</sub> high-entropy alloy
저자
Jo, Yong Hee ; Doh, Kyung-Yeon ; Kim, Dong Geun ; Lee, Kwanho ; Kim, Dae Woong ; Sung, Hyokyung ; Sohn, Seok Su ; Lee, Donghwa ; Kim, Hyoung Seop ; Lee, Byeong-Joo ; Lee, Sunghak
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2019
작성언어
-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
-
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>Representative face-centered-cubic (FCC) high-entropy alloys (HEAs) or medium-entropy alloys (MEAs), <I>e.g.</I>, equi-atomic CoCrFeMnNi or CrCoNi alloys, have drawn many attentions due to the excellent damage-tolerance at cryogenic temperature. The investigation of fracture toughness at 77 K is basically required for the reliable evaluation of high-performance alloys used for cryogenic applications; however, it has been rarely carried out for the non-equi-atomic FCC HEAs yet. In this study, tensile and fracture toughness tests were conducted on the non-equi-atomic V<SUB>10</SUB>Cr<SUB>10</SUB>Fe<SUB>45</SUB>Co<SUB>20</SUB>Ni<SUB>15</SUB> alloy, and the results were compared with those of the equi-atomic CoCrFeMnNi and CrCoNi alloys. The present alloy shows a good damage tolerance at cryogenic temperature with tensile strength of 1 GPa and elongation of ∼60%. The K<SUB>JIc</SUB> fracture toughness values are 219 and 232 MPa m<SUP>1/2</SUP> at 298 and 77 K, respectively, showing the increase in toughness with decreasing temperature. This increase results from the absence of twins at 298 K and the increased propensity to twin formation at 77 K, which is well confirmed by the variation of stacking fault energies (SFEs) by using <I>Ab-initio</I> calculations. The mechanical properties of the present alloy are actually similar or slightly lower than those of the other CoNiCr or FeMnCoNiCr alloy; instead, this study provides that neither composition nor certain elements are the most important factors dictating damage-tolerance of HEAs or MEAs.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> The increase in fracture toughness with decreasing temperature for the non-equi-atomic HEA is achieved for the first time. </LI> <LI> The SFE decreases in the order of the V<SUB>10</SUB>Cr<SUB>10</SUB>Fe<SUB>45</SUB>Co<SUB>20</SUB>Ni<SUB>15</SUB>, CrMnFeCoNi, and CrCoNi alloys. </LI> <LI> Increase in twins acts as a key parameter contributing to the relief of detrimental cryogenic-temperature effects. </LI> <LI> Neither composition nor certain elements are the most important factors dictating damage-tolerance of HEAs or MEAs. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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