疲勞極限是決定結(jié)構(gòu)材料壽命的重要因素之一，因?yàn)樗鼈兘?jīng)常經(jīng)歷各種循環(huán)載荷條件。提高材料的抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力(FCP)是材料實(shí)際工程應(yīng)用的最關(guān)鍵的標(biāo)準(zhǔn)之一。從晶界角度看，疲勞裂紋路徑受晶界、晶界和滑移帶的控制，因?yàn)樵谘h(huán)載荷作用下，裂紋沿晶界擴(kuò)展，或通過激活的滑移帶穿過晶界。人們一直在努力澄清它們在FCP抗性上的相互關(guān)系。

來自中國臺(tái)灣陽明交通大學(xué)和韓國忠南大學(xué)的學(xué)者采用美國材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)E647-99標(biāo)準(zhǔn)，研究了晶體織構(gòu)對CoCrFeMnNi高熵合金(HEAs)抗疲勞性能改善的影響。利用X射線納米衍射(XND)圖譜來表征在恒定和拉伸超載疲勞條件下應(yīng)力卸載后裂紋尖端前方的晶體形變水平。發(fā)現(xiàn)裂紋尖端鈍化引起的較高變形水平集中在裂紋尖端周圍，在拉伸超載后立即延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展。用電子背散射衍射(EBSD)和取向分布函數(shù)(ODF)分析研究了Paris區(qū)的主要形變織構(gòu)取向。結(jié)果表明，在拉伸-超載-疲勞條件下，孿生變形驅(qū)動(dòng)的剪切變形導(dǎo)致塑性變形區(qū)內(nèi)Goss織構(gòu)的發(fā)展，這歸因于增強(qiáng)了CoCrFeMnNiHEA中的裂紋偏轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致了拉伸誘導(dǎo)的裂紋擴(kuò)展延遲期。本研究的新發(fā)現(xiàn)解決了早期工作中發(fā)現(xiàn)的數(shù)量差異。相關(guān)文章以“Tensile overload-induced texture effects on the fatigue resistance of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy”標(biāo)題發(fā)表在Acta Materialia。

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118585

圖 1.（a） CT試樣裂紋尖端周圍中子衍射測量的示意圖。（b）和（c）三正交應(yīng)變映射的中子衍射幾何形狀

圖 2.（a）疲勞和（b）過載的CoCrFeMnNi的POM照片。（c） （a）中紅色實(shí)心方塊中組成合金元素的XRF圖;以及（d）（b）中的那些合金元素的XRF圖。

圖 3.{111}、{311}和{422}的中子衍射強(qiáng)度的演變與沿LD的（a）疲勞和（b）過載CoCrFeMnNi中與裂紋尖端的距離的函數(shù)關(guān)系。(c)疲勞和(d)超載CoCrFeMnNi HEA沿TD的分布情況。

圖 4.在（a）疲勞和（b）超載的CoCrFeMnNi中的EBSD分析。（c） （a）圖中擴(kuò)大的黑色虛線區(qū)域。（d） （b）圖中放大的黑色虛線區(qū)域。 （e）（b）圖中擴(kuò)大的純黑色區(qū)域。

圖5.關(guān)于(a)疲勞和(b)過載CoCrFeMnNi HEAs中裂紋尖端的XND圖。

圖6.與(a)疲勞和(b)超載CoCrFeMnNiHEA中的疲勞裂紋擴(kuò)展有關(guān)的φ2=45o截面。

圖7.與(a)疲勞和(b)過載的CoCrFeMnNiHEA中的疲勞裂紋擴(kuò)展有關(guān)的φ2=0O截面。

圖8. （a）CPEEM模擬的幾何模型。（b） TVF分布與疲勞和過載的CoCrFeMnNi中裂紋尖端的距離的函數(shù)。（c）疲勞型和（d）超載鈷鐵錳鎳高化氮環(huán)境中TVF的等值線圖。

本研究分析了粗晶CoCrFeMnNiHEAs枝晶組織中，晶面取向和織構(gòu)對Paris regime拉伸過載誘發(fā)裂紋擴(kuò)展遲滯行為的影響。在單次拉伸過載后，集中在裂尖周圍的裂尖鈍化驅(qū)動(dòng)的高變形水平立即抑制了疲勞裂紋的擴(kuò)展。在恒定疲勞條件下的應(yīng)力卸載后，發(fā)現(xiàn)了由GR為主的織構(gòu)向BS為主的織構(gòu)轉(zhuǎn)變。同時(shí)，一個(gè)明顯的區(qū)別是，在拉伸超載-疲勞條件下，隨著擴(kuò)展裂紋的增加，出現(xiàn)了Goss取向。孿生層驅(qū)動(dòng)的剪切變形在超載引起的較大塑性變形范圍內(nèi)促進(jìn)了Goss織構(gòu)的發(fā)展，這被認(rèn)為有效地抵抗了整體的FCP性能。全面了解拉伸超載驅(qū)動(dòng)的微觀組織和織構(gòu)對增強(qiáng)抗疲勞性能的影響，有助于設(shè)計(jì)在高周疲勞條件下具有更好抗疲勞性能的HEA。