疲勞極限是決定結構材料壽命的重要因素之一，因為它們經常經歷各種循環載荷條件。提高材料的抗疲勞裂紋擴展能力(FCP)是材料實際工程應用的最關鍵的標準之一。從晶界角度看，疲勞裂紋路徑受晶界、晶界和滑移帶的控制，因為在循環載荷作用下，裂紋沿晶界擴展，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抗性上的相互關系。

來自中國臺灣陽明交通大學和韓國忠南大學的學者采用美國材料試驗學會(ASTM)E647-99標準，研究了晶體織構對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力卸載后裂紋尖端前方的晶體形變水平。發現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展。用電子背散射衍射(EBSD)和取向分布函數(ODF)分析研究了Paris區的主要形變織構取向。結果表明，在拉伸-超載-疲勞條件下，孿生變形驅動的剪切變形導致塑性變形區內Goss織構的發展，這歸因于增強了CoCrFeMnNiHEA中的裂紋偏轉，從而導致了拉伸誘導的裂紋擴展延遲期。本研究的新發現解決了早期工作中發現的數量差異。相關文章以“Tensile overload-induced texture effects on the fatigue resistance of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy”標題發表在Acta Materialia。

論文鏈接：

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關系。(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）圖中擴大的黑色虛線區域。（d） （b）圖中放大的黑色虛線區域。 （e）（b）圖中擴大的純黑色區域。

圖5.關于(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中的疲勞裂紋擴展有關的φ2=45o截面。

圖7.與(a)疲勞和(b)過載的CoCrFeMnNiHEA中的疲勞裂紋擴展有關的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。（c）疲勞型和（d）超載鈷鐵錳鎳高化氮環境中TVF的等值線圖。

本研究分析了粗晶CoCrFeMnNiHEAs枝晶組織中，晶面取向和織構對Paris regime拉伸過載誘發裂紋擴展遲滯行為的影響。在單次拉伸過載后，集中在裂尖周圍的裂尖鈍化驅動的高變形水平立即抑制了疲勞裂紋的擴展。在恒定疲勞條件下的應力卸載后，發現了由GR為主的織構向BS為主的織構轉變。同時，一個明顯的區別是，在拉伸超載-疲勞條件下，隨著擴展裂紋的增加，出現了Goss取向。孿生層驅動的剪切變形在超載引起的較大塑性變形范圍內促進了Goss織構的發展，這被認為有效地抵抗了整體的FCP性能。全面了解拉伸超載驅動的微觀組織和織構對增強抗疲勞性能的影響，有助于設計在高周疲勞條件下具有更好抗疲勞性能的HEA。