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Elastic energy of multi-component solid solutions and strain origins of phase stability in high-entropy alloys

  • The elastic energy of mixing for multi-component solid solutions is derived by generalizing Eshelby's sphere-in-hole model. By surveying the dependence of the elastic energy on the chemical composition and lattice misfit, we derive a lattice strain coefficient λ*. Studying several high-entropy alloys and superalloys, we propose that most solid solution multi-component alloys are stable when λ*<0.16, generalizing the Hume-Rothery atomic-size rule for binary alloys. We also reveal that the polydispersity index δ, frequently used for describing strain in multi-component alloys, directly represents the elastic energy e with e=qδ², q being an elastic constant. Furthermore, the effects of (i) the number and (ii) the atomic-size distribution of constituting elements on the phase stability of high-entropy alloys were quantified. The present derivations and discussions open for richer considerations of elastic effects in high-entropy alloys, offering immediate support for quantitativeThe elastic energy of mixing for multi-component solid solutions is derived by generalizing Eshelby's sphere-in-hole model. By surveying the dependence of the elastic energy on the chemical composition and lattice misfit, we derive a lattice strain coefficient λ*. Studying several high-entropy alloys and superalloys, we propose that most solid solution multi-component alloys are stable when λ*<0.16, generalizing the Hume-Rothery atomic-size rule for binary alloys. We also reveal that the polydispersity index δ, frequently used for describing strain in multi-component alloys, directly represents the elastic energy e with e=qδ², q being an elastic constant. Furthermore, the effects of (i) the number and (ii) the atomic-size distribution of constituting elements on the phase stability of high-entropy alloys were quantified. The present derivations and discussions open for richer considerations of elastic effects in high-entropy alloys, offering immediate support for quantitative assessments of their thermodynamic properties and studying related strengthening mechanisms.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autor*innen:Reza Darvishi KamachaliORCiD, L. Wang
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Scripta materialia
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe
5 Werkstofftechnik / 5.5 Materialmodellierung
Verlag:Elsevier
Verlagsort:Amsterdam
Jahrgang/Band:206
Aufsatznummer:114226
Erste Seite:1
Letzte Seite:6
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Alloy design; High-entropy alloys; Ordering; Phase stability; Strain energy
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1016/j.scriptamat.2021.114226
ISSN:1359-6462
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:30.09.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:25.10.2021
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