《Acta Materialia》：拉伸过载诱导的织构对高熵合金疲劳性能影响

疲劳极限是决定结构材料寿命的重要因素之一，因为它们经常经历各种循环载荷条件。提高材料的抗疲劳裂纹扩展能力(FCP)是材料实际工程应用的最关键的标准之一。从晶界角度看，疲劳裂纹路径受晶界、晶界和滑移带的控制，因为在循环载荷作用下，裂纹沿晶界扩展，或通过激活的滑移带穿过晶界。人们一直在努力澄清它们在FCP抗性上的相互关系。

来自中国台湾阳明交通大学和韩国忠南大学的学者采用美国材料试验学会(ASTM)E647-99标准，研究了晶体织构对CoCrFeMnNi高熵合金(HEAs)抗疲劳性能改善的影响。利用X射线纳米衍射(XND)图谱来表征在恒定和拉伸超载疲劳条件下应力卸载后裂纹尖端前方的晶体形变水平。发现裂纹尖端钝化引起的较高变形水平集中在裂纹尖端周围，在拉伸超载后立即延缓疲劳裂纹的扩展。用电子背散射衍射(EBSD)和取向分布函数(ODF)分析研究了Paris区的主要形变织构取向。结果表明，在拉伸-超载-疲劳条件下，孪生变形驱动的剪切变形导致塑性变形区内Goss织构的发展，这归因于增强了CoCrFeMnNiHEA中的裂纹偏转，从而导致了拉伸诱导的裂纹扩展延迟期。本研究的新发现解决了早期工作中发现的数量差异。相关文章以“Tensile overload-induced texture effects on the fatigue resistance of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy”标题发表在Acta Materialia。

论文链接：

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

图 1.（a） CT试样裂纹尖端周围中子衍射测量的示意图。（b）和（c）三正交应变映射的中子衍射几何形状

图 2.（a）疲劳和（b）过载的CoCrFeMnNi的POM照片。（c） （a）中红色实心方块中组成合金元素的XRF图;以及（d）（b）中的那些合金元素的XRF图。

图 3.{111}、{311}和{422}的中子衍射强度的演变与沿LD的（a）疲劳和（b）过载CoCrFeMnNi中与裂纹尖端的距离的函数关系。(c)疲劳和(d)超载CoCrFeMnNi HEA沿TD的分布情况。

图 4.在（a）疲劳和（b）超载的CoCrFeMnNi中的EBSD分析。（c） （a）图中扩大的黑色虚线区域。（d） （b）图中放大的黑色虚线区域。 （e）（b）图中扩大的纯黑色区域。

图5.关于(a)疲劳和(b)过载CoCrFeMnNi HEAs中裂纹尖端的XND图。

图6.与(a)疲劳和(b)超载CoCrFeMnNiHEA中的疲劳裂纹扩展有关的φ₂=45^o截面。

图7.与(a)疲劳和(b)过载的CoCrFeMnNiHEA中的疲劳裂纹扩展有关的φ₂=0^O截面。

图8. （a）CPEEM模拟的几何模型。（b） TVF分布与疲劳和过载的CoCrFeMnNi中裂纹尖端的距离的函数。（c）疲劳型和（d）超载钴铁锰镍高化氮环境中TVF的等值线图。

本研究分析了粗晶CoCrFeMnNiHEAs枝晶组织中，晶面取向和织构对Paris regime拉伸过载诱发裂纹扩展迟滞行为的影响。在单次拉伸过载后，集中在裂尖周围的裂尖钝化驱动的高变形水平立即抑制了疲劳裂纹的扩展。在恒定疲劳条件下的应力卸载后，发现了由GR为主的织构向BS为主的织构转变。同时，一个明显的区别是，在拉伸超载-疲劳条件下，随着扩展裂纹的增加，出现了Goss取向。孪生层驱动的剪切变形在超载引起的较大塑性变形范围内促进了Goss织构的发展，这被认为有效地抵抗了整体的FCP性能。全面了解拉伸超载驱动的微观组织和织构对增强抗疲劳性能的影响，有助于设计在高周疲劳条件下具有更好抗疲劳性能的HEA。（文：SSC）

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