在高温结构材料领域，高熵合金因其在强塑性调控上展现出的潜力而受到关注。然而，相界作为潜在的薄弱点，可能会引发高熵合金疲劳开裂。近期，伯明翰大学、南京航空航天大学以及牛津大学的研究团队合作探究了高熵合金相界亚种相关的高温疲劳开裂机理，研究成果以“FCC/B2 phase boundary variant-sensitive fatigue cracking in a eutectic high entropy alloy at high temperature”为题，在国际学术期刊《International Journal of Plasticity》上得到了详细报道。牛津大学公派博后、伯明翰大学访问学者韩琦男博士为论文第一作者，合作导师为牛津大学/伯明翰大学双聘教授、工程院院士Roger C. Reed，韩琦男博士、伯明翰大学Yuanbo T. Tang教授和南京航空航天大学崔海涛教授为本文共同通讯作者。
本研究围绕共晶高熵合金AlCoCrFeNi2.1，探究了高温下FCC/B2相界亚种和裂纹/相界攻角在疲劳开裂中的作用机理。通过高温原位扫描电子显微镜（SEM）测试、电子背散射衍射（EBSD）和纳米压痕测量，揭示了FCC/B2相界的两种亚种在疲劳裂纹扩展中的不同行为，并量化了裂纹行为与裂纹/相界攻角的关联。此外，借助晶体塑性有限元分析了双相变形分配、位错密度演化及循环硬化行为。
本研究明确区分了FCC/B2相界的两种亚种，即先析FCC相与B2相之间的FCC/B2相界（记为I型相界），以及共晶区域内FCC相与B2相之间的FCC/B2相界（记为II型相界）。尽管它们往往都被视为FCC/B2相界而未加区分，但本研究发现这两种相界亚种在疲劳开裂特性上具有显著差异，II型相界与疲劳开裂关联更加密切，这导致了高温下沿晶开裂主导的断裂行为。纳米压痕测量证实了上述发现，表明I型相界和II型相界的特性差异源于先析FCC相与共晶FCC相性能的显著不同。
研究还发现裂纹/相界攻角对相界开裂行为具有显著影响。沿全裂纹路径对裂纹/相界攻角进行了40次测量，发现当裂纹/相界攻角过小时，容易引发相界脱粘进而造成沿晶开裂；当裂纹/相界攻角过大时，裂纹不得不突破相界进而造成穿晶开裂；当裂纹/相界攻角处于中间某个最佳角度窗口时，能够对高温疲劳裂纹在相界处的扩展起到一定抑制作用。研究还展望了相关结果对抗疲劳设计的意义，以期为相界相关的抗疲劳设计贡献新的思考。(请点击阅读全文了解更多信息)
