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Chemical inhomogeneity inhibits grain boundary fracture:A comparative study in CrCoNi medium entropy alloy

Journal of Materials Science & Technology 2023年第22期153卷 228-241页

作者： Fuhua Cao Yan Chen Hai-Ying Wang Lan-Hong Dai State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics Institute of MechanicsChinese Academy of SciencesBeijing 100190China School of Engineering Science University of Chinese Academy of SciencesBeijing 101408China School of Future Technology University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China

Grain boundary(GB)fracture is arguably one of the most important reasons for the catastrophic failure of ductile polycrystalline materials.It is of interest to explore the role of chemical distribution on GB defor-mation and fracture,as GB segregation becomes a key strategy for tailoring GB properties.Here we report that the inhomogeneous chemical distribution effectively inhibits GB fracture in a model CoCrNi medium entropy alloy compared to a so-called‘average-atom’sample.Atomic deformation kinematics combined with electronic behavior analysis reveals that the strong charge redistribution ability in chemical disor-dered CrCoNi GBs enhances shear deformation and thus prevents GB crack formation and propagation.Inspects on the GBs with different chemical components and chemical distributions suggest that not only disordered chemical distribution but also sufficient“harmonic elements”with large electronic flexibility contribute to improving the GB fracture resistance.This study provides new insight into the influence mechanism of GB chemistry on fracture behavior,and yields a systematic strategy and criterion,from the atoms and electrons level,forward in the design of high-performance materials with enhanced GB fracture resistance.

关键词： Fracture Chemical inhomogeneity Grain boundary Medium entropy alloy

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