Advanced Engineering MaterialsVolume 10, Issue 6 p. 534-538 Communication Solid-Solution Phase Formation Rules for Multi-component Alloys† Y. Zhang, Y. Zhang drzhangy@skl.ustb.edu.cn State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, ChinaSearch for more papers by this authorY. J. Zhou, Y. J. Zhou State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, ChinaSearch for more papers by this authorJ. P. Lin, J. P. Lin State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, ChinaSearch for more papers by this authorG. L. Chen, G. L. Chen State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, ChinaSearch for more papers by this authorP. K. Liaw, P. K. Liaw Department of Materials Science and Engineering, University of Tennessee, Knoxville TN 37996-2200, United StatesSearch for more papers by this author Y. Zhang, Y. Zhang drzhangy@skl.ustb.edu.cn State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, ChinaSearch for more papers by this authorY. J. Zhou, Y. J. Zhou State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, ChinaSearch for more papers by this authorJ. P. Lin, J. P. Lin State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, ChinaSearch for more papers by this authorG. L. Chen, G. L. Chen State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, ChinaSearch for more papers by this authorP. K. Liaw, P. K. Liaw Department of Materials Science and Engineering, University of Tennessee, Knoxville TN 37996-2200, United StatesSearch for more papers by this author First published: 16 June 2008 https://doi.org/10.1002/adem.200700240Citations: 1,490 † The financial support by the National Natural Science Foundation of China under the granted No. 50571018, and Program for New Century Excellent Talents in University (NCET-05-0/05) is greatly acknowledged. The authors are grateful to G. J. Hao, W. J. Peng, and Y. Xu for providing technical assistance. AboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract The factors of the atomic size difference Delta and the enthalpy of mixing ΔHmix of the multi-component alloys were summarized from the literatures. The formation zones of solid-solution phases, intermediate phases, and bulk metallic glasses were determined and the validity was verified by experimental results. For forming the solid solution, the alloys should have high entropy of mixing, lower Delta, and not too negative and positive enthalpy of mixing. Citing Literature Volume10, Issue6June, 2008Pages 534-538 RelatedInformation

Research was performed on an Al0.5CoCrCuFeNi high entropy alloy (HEA) in an attempt to study the fatigue behavior. The present fatigue investigation shows encouraging fatigue resistance characteristics due to the prolonged fatigue lives of various samples at relatively high stresses. The current results indicate that the fatigue behavior of HEAs compares favorably with many conventional alloys, such as steels, titanium alloys, and advanced bulk metallic glasses with a fatigue endurance limit of between 540 and 945 MPa and a fatigue endurance limit to ultimate tensile strength ratio of between 0.402 and 0.703. Some unpredictability in the fatigue life of the samples was observed as scattering in the stress vs. lifetime plot. Weibull models were applied to predict the fatigue data and to characterize the variability seen in the HEAs. A Weibull mixture predictive model was used to separate the data into two, strong and weak, groups. This model predicts that at stresses above 858 MPa the median time to failure of specimens in the strong group will be greater than 107 cycles. It was shown that microstructural defects, such as aluminum oxide inclusions and microcracks, may have a significant effect on the fatigue behavior of HEAs. It is believed that a reduction in the number of these defects may result in a fatigue behavior which exceeds that of conventional alloys.

Soft magnetic materials (SMMs) find important applications in a number of areas. The diverse requirements for these applications are often demanding and challenging for the design and fabrication of SMMs. Here we report a new class of FeCoNi(AlSi)x (0 ≤ x ≤ 0.8 in molar ratio) SMMs based on high-entropy alloys (HEAs). It is found that with the compositional and structural changes, the optimal balance of magnetic, electrical, and mechanical properties is achieved at x = 0.2, for which the combination of saturation magnetization (1.15 T), coercivity (1,400 A/m), electrical resistivity (69.5 μΩ·cm), yield strength (342 MPa), and strain without fracture (50%) makes the alloy an excellent SMM. Ab initio calculations are used to explain the high magnetic saturation of the present HEAs and the effects of compositional structures on magnetic characteristics. The HEA-based SMMs point to new directions in both the application of HEAs and the search for novel SMMs.

A FeCoNiCrTi0.2 high-entropy alloy strengthened by two types of coherent nano-precipitates but with the same composition was fabricated, and its tensile properties at room (293 K) and cryogenic temperatures (77 K) and the corresponding defect-structure evolution were investigated. Compared with the single-phase FeCoNiCr parent alloy, the precipitation-strengthened FeCoNiCrTi0.2 high-entropy alloy exhibits a significant increase in yield strength and ultimate tensile strength but with little sacrifice in ductility. Similar to the single-phase FeCoNiCr high-entropy alloy, the deformation behavior of this precipitation-strengthened FeCoNiCrTi0.2 high-entropy alloy shows strong temperature dependence. When the temperature decreases from 293 K to 77 K, its yield strength and ultimate tensile strength are increased from 700 MPa to 860 MPa and from 1.24 GPa to 1.58 GPa, respectively, associated with a ductility improvement from 36% to 46%. However, different from the single-phase FeCoNiCr high-entropy alloy with a twinning-dominant deformation mode at 77 K, multiple-layered stacking faults with a hierarchical substructure prevail in the precipitation-strengthened FeCoNiCrTi0.2 high-entropy alloy when deformed at 77 K. The mechanism of twinning inhibition in this precipitation-strengthened high-entropy alloy is the high energy barrier for twin nucleation in the ordered γ′ nano-particles. Our results may provide a guide for the design of tough high-entropy alloys for applications at cryogenic temperatures through combining precipitation strengthening and twinning/stacking faults.

This study evaluated the effect of fermentation on the nutritional quality of food-grade soybeans and feedgrade soybean meals. Soybeans and soybean meals were fermented by Aspergillus oryzae GB-107 in a bed-packed solid fermentor for 48 hours. After fermentation, their nutrient contents as well as trypsin inhibitor were measured and compared with those of raw soybeans and soybean meals. Proteins were extracted from fermented and non-fermented soybeans and soybean meals, and the peptide characteristics were evaluated after electrophoresis. Fermented soybeans and fermented soybean meals contained 10% more (P < .05) crude protein than raw soybeans and soybean meals. The essential amino acid profile was unchanged after fermentation. Fermentation eliminated (P < .05) most of the trypsin inhibitor from both soybeans and soybean meals. Fermentation increased the amount of small-size peptides (<20 kDa) (P < .05) compared with raw soybeans, while significantly decreasing large-size peptides (>60 kDa) (P < .05). Fermented soybean meal contained more (P < .01) smallsize peptides (<20 kDa) than soybean meal. Fermented soybean meal did not contain large-size peptides (>60 kDa), whereas 22.1% of peptides in soybean meal were large-size (>60 kDa). Collectively, fermentation increased protein content, eliminated trypsin inhibitors, and reduced peptide size in soybeans and soybean meals. These effects of fermentation might make soy foods more useful in human diets as a functional food and benefit livestock as a novel feed ingredient.

The maximization of the mixing entropy with the optimal range of enthalpy in high-entropy alloys (HEAs) can promote the formation of a stable single solid-solution phase with the absence of competing intermetallic compounds. The resultant effects, such as lattice distortion, can contribute to excellent mechanical properties, which has motivated numerous efforts to develop and design single-phase HEAs. However, challenges still remain, particularly on quantifying the lattice distortion and relating it to materials properties. In this study, we have developed a NbTaTiV refractory HEA with a single body-centered-cubic (BCC) structure using an integrated experimental and theoretical approach. The theoretical efforts include thermodynamic modeling, i.e., CALculation of PHAse Diagram (CALPHAD). The microstructural evolutions have been investigated by systematic heat-treatment processes. The typical dendrite microstructure was observed, which is caused by the elemental segregation during the solidification in the as-cast condition. The structural inhomogeneity and chemical segregation were completely eliminated by the proper homogenization treatment at 1200 °C for 3 days. The homogeneous elemental distribution was quantitatively verified by the Atom Probe Tomography (APT) technique. Importantly, results indicate that this HEA exhibits the high yield strength and ductility at both room and high temperatures (up to 900 °C). Furthermore, the effects of the high mixing entropy on the mechanical properties are discussed and quantified in terms of lattice distortions and interatomic interactions of the NbTaTiV HEA via first-principles calculations. It is found that the local severe lattice distortions are induced, due to the atomic interactions and atomic-size mismatch in the homogenization-treated NbTaTiV refractory HEA.

High-entropy alloys (HEAs) are a new class of solid-solution alloys that have attracted worldwide attention for their outstanding properties. Owing to the demand from transportation and defense industries, light-weight HEAs have also garnered widespread interest from scientists for use as potential structural materials. Great efforts have been made to study the phase-formation rules of HEAs to accelerate and refine the discovery process. In this paper, many proposed solid-solution phase-formation rules are assessed, based on a series of known and newly-designed light-weight HEAs. The results indicate that these empirical rules work for most compositions but also fail for several alloys. Light-weight HEAs often involve the additions of Al and/or Ti in great amounts, resulting in large negative enthalpies for forming solid-solution phases and/or intermetallic compounds. Accordingly, these empirical rules need to be modified with the new experimental data. In contrast, CALPHAD (acronym of the calculation of phase diagrams) method is demonstrated to be an effective approach to predict the phase formation in HEAs as a function of composition and temperature. Future perspectives on the design of light-weight HEAs are discussed in light of CALPHAD modeling and physical metallurgy principles.

High entropy alloy (HEA) design strategies have been limited to experimental trial-and-error approaches. However, due to the vast compositional space of HEAs, efficiently discovering new HEAs with exceptional performance using trial-and-error methodology is time-consuming and challenging. In this work, a machine learning (ML) framework was introduced for Nb-Ti-V-Zr refractory HEA (RHEA) design. This framework aims to streamline the design of Nb-Ti-V-Zr RHEA with a focus on improving hardness. This framework encompasses data collection, feature construction, four-step feature selection, and training of different ML models, followed by Fisher material pattern recognition and SHAP feature analysis. For the first time, three key features, including the atomic size difference (δ), the configurational entropy of mixture (Smix), and the average deviation of electronegativity (AdE) were identified as the most significant compositional factors impacting the hardness of Nb-Ti-V-Zr RHEA. Furthermore, the Support Vector Regression (SVR) model with a polynomial kernel was the best-trained model for hardness prediction compared to other ML models trained and tested in this work. The coefficient of determination (R) was 0.85 for the testing set and 0.91 for 5-fold cross-validation, while the root mean square error (RMSE) values were 0.9 and 0.74, respectively. Moreover, it was observed that high-hardness samples follow a particular combination of key features, providing important optimization insights. Finally, the analysis of key features revealed the negative effect of AdE, the positive effect of Smix, and the hybrid effect of δ on hardness.