As human improve their ability to fabricate materials, alloys have evolved from simple to complex compositions, accordingly improving functions and performances, promoting the advancements of human civilization. In recent years, high-entropy alloys (HEAs) have attracted tremendous attention in various fields. With multiple principal components, they inherently possess unique microstructures and many impressive properties, such as high strength and hardness, excellent corrosion resistance, thermal stability, fatigue, fracture, and irradiation resistance, in terms of which they overwhelm the traditional alloys. All these properties have endowed HEAs with many promising potential applications. An in-depth understanding of the essence of HEAs is important to further developing numerous HEAs with better properties and performance in the future. In this paper, we review the recent development of HEAs, and summarize their preparation methods, composition design, phase formation and microstructures, various properties, and modeling and simulation calculations. In addition, the future trends and prospects of HEAs are put forward.

Research in the field of high-entropy alloys has been surging since the 2010s. As widely acknowledged, research interests in this field are largely sparked by the enormous possibilities in compositions, microstructures, and properties. In the first decade of extensive investigations, while many avenues of research in this vibrant field are being continuously opened, a considerable portion of endeavors is directed toward two very fundamentally important aspects. One is the exploration of the huge compositional space and microstructures with the aid of thermodynamics and kinetics, while the other is the characterization and comprehension of their mechanical behavior from fundamental and practical perspectives. Each of these two aspects contains numerous, scattered, sometimes confusing or conflicting data and findings in the literature. Thanks to several excellent comprehensive reviews [1–3], the accomplishments and challenges in the first aspect are neatly presented to researchers in the field. Nonetheless, the second aspect, i.e., the mechanical behavior of high-entropy alloys, is still largely afloat in abundant literature in a spite of some recent reviews on certain specialized topics [4–6]. In consideration of this insufficiency, the present review intends to offer a comprehensive, critical review of the mechanical behavior of high-entropy alloys and some closely related topics.

Abstract Realizing improved strength–ductility synergy in eutectic alloys acting as in situ composite materials remains a challenge in conventional eutectic systems, which is why eutectic high-entropy alloys (EHEAs), a newly-emerging multi-principal-element eutectic category, may offer wider in situ composite possibilities. Here, we use an AlCoCrFeNi 2.1 EHEA to engineer an ultrafine-grained duplex microstructure that deliberately inherits its composite lamellar nature by tailored thermo-mechanical processing to achieve property combinations which are not accessible to previously-reported reinforcement methodologies. The as-prepared samples exhibit hierarchically-structural heterogeneity due to phase decomposition, and the improved mechanical response during deformation is attributed to both a two-hierarchical constraint effect and a self-generated microcrack-arresting mechanism. This work provides a pathway for strengthening eutectic alloys and widens the design toolbox for high-performance materials based upon EHEAs.

The present work investigates the influence of Al-content and potential-scan-rate on stable/metastable pitting of Al xCoCrFeNi high-entropy alloys in a 3.5 wt.% NaCl solution. The increased Al content causes the volume fraction of the Cr-depleted phase to increase, resulting in thicker/dispersive passive films that degrade the localized corrosion resistance. The varied stable/metastable pitting behavior under different potential scan rates indicates that pit generation is influenced by the properties of passive films and the interactions between chloride ions and the active sites. Furthermore, a mean-field theory is employed to predict the scan-rate dependent, power-law distribution of current fluctuations.

The alloy-design strategy of combining multiple elements in near-equimolar ratios has shown great potential for producing exceptional engineering materials, often known as ‘high-entropy alloys’. Understanding the elemental distribution, and, thus, the evolution of the configurational entropy during solidification, is undertaken in the present study using the Al1.3CoCrCuFeNi model alloy. Here we show that, even when the material undergoes elemental segregation, precipitation, chemical ordering and spinodal decomposition, a significant amount of disorder remains, due to the distributions of multiple elements in the major phases. The results suggest that the high-entropy alloy-design strategy may be applied to a wide range of complex materials, and should not be limited to the goal of creating single-phase solid solutions. Alloys containing multiple elements of equal distributions are known to show enhanced properties as they tend to form single phases. Here, the authors demonstrate that even in cases of elemental segregation and chemical ordering, these alloys can still maintain enhanced properties.

A near-fully dense CoCrFeNiMn high entropy alloy was additively manufactured by selective laser melting successfully. The as-built samples exhibit a hierarchical structure, including melt pools, columnar grains, sub-micron cellular structures, and dislocations. An outstanding combination of high strength and excellent ductility compared to those fabricated by conventional methods was achieved in the as-built samples. Quantitative analysis revealed that the cellular structures contribute significantly to the enhanced strength through dislocation hardening rather than cellular boundary strengthening. The excellent ductility is correlated with the steady strain hardening controlled by the sophisticated dislocation activities.

The twinning and detwinning behavior in a strongly textured magnesium alloy was investigated using in situ neutron diffraction during the cyclic deformation along the prior extrusion direction at the fully reversed total constant strain amplitude of 1.2% at room temperature. The initial preferred orientation places the c-axis in most grains perpendicular to the loading axis, and this favors extensive {101¯2} 〈101¯1〉 twinning under compressive loading. In contrast, the grains are not favorably oriented to undergo such twinning during monotonic tensile loading along the prior extrusion axis. This is the reason for the well-known tension–compression strength asymmetry of wrought magnesium alloys. The strength in compression is controlled by the stress required to activate twinning, while the strength in tension is controlled by the harder non-basal slip mechanisms. The unique orientation relationship between the parent grains and the twin grains favors detwinning during the subsequent loading reversal. In situ neutron-diffraction results indicate that such twinning and detwinning alternates with the cyclic loading, i.e. most of the twins formed during compression are removed when the load is reversed. However, a small volume fraction of residual twins gradually increases with increasing cycles, which may be an important factor in dictating the low-cycle fatigue behavior of the magnesium alloy.