裂纹失效问题广泛存在于工程实际中,是结构发生功能退化和安全事故的主要因素之一,给人们的人身和财产安全带来巨大隐患。要改进相应的损伤容限性能,一方面是要对传统的结构设计进行不断优化,另一方面则需要从底层了解材料的微观损伤机理,尤其是要能够在不同长度尺度上详细地理解裂纹尖端与微观结构的交互作用机制。而这就不仅要求人们对材料尤其是新兴工程材料的抗裂纹扩展能力进行客观的度量和评估,为结构应用提供参考依据,还应在微观尺度上对裂纹尖端微观组织结构的损伤演化规律进行深入的探究和认识,揭示其内在的同时具有力学与材料学含义的损伤机理。然而,要尝试并完成这种更本征的、交叉的、多尺度的研究,于传统研究思路和方法而言,仍存在着巨大的挑战。基于以上想法,本文以一种新兴的工程合金材料高熵合金为研究对象,开展了一系列旨在尝试探索一类延性合金材料裂纹失效机理,揭示有关抗裂纹扩展机制的科学研究。通过多种原位的、多尺度的实验表征手段,获取了大量对应于不同载荷条件与服役环境的裂纹尖端与材料微观组织结构的交互作用形式,并从力学角度和材料微观变形机制角度深入探究了裂纹尖端微结构的损伤演化规律。进而揭示和提炼出多种该类合金的抗裂纹扩展微观机制,创新性地提出了一些促进理解裂纹扩展行为和损伤变形机制的科学观点,同时为提升该类合金的抗裂纹失效能力提供了一些具有工程实际意义的建议。本论文的主要研究工作如下:（1）对一种CoCrFeNiMo_0.2五元高熵合金在静载荷下的裂纹失效行为及其断裂机理开展了研究。利用原位扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,简称SEM）力学实验系统测量了该合金的裂纹尖端张开角（Crack Tip Open Angle,简称CTOA）,测得其临界CTOA值可达18°,表明该合金具有良好的抗断裂能力。同时,原位地揭示了该合金孔洞聚集型韧性断裂机制,发现基质中随机分布的金属间化合物颗粒是孔洞萌生的主要位置,对局部的裂纹扩展发挥主导作用。而裂纹尖端钝化、裂纹路径分叉和偏折等高能韧性断裂现象频繁出现,与该合金良好的抗断裂能力相吻合。裂纹尖端附近的微观变形形貌观测结果显示滑移与孪生两种变形机制同时存在,这与该合金基质良好的塑性变形能力密切相关。（2）针对一种CoCrFeNiMn五元高熵合金的疲劳小裂纹扩展行为及裂纹扩展迟滞机制的机理进行了研究,阐明了裂纹扩展驱动力与裂纹抗力之间的影响机制。利用晶体学模型对晶界处的裂纹扩展迟滞效应进行了定量描述,揭示了当晶粒间的微织构差异较大（扭转角大于50°）时,晶界处迟滞效应显著。而断口表面具有显著的微粗糙度特征,将通过诱导裂纹闭合效应对裂纹的扩展发挥迟滞作用。进一步地探究了微粗糙度特征的根源,认为该合金的位错平面滑移机制是形成这种断口微结构的内在原因。（3）通过系统比较CoCrFeNi四元高熵合金和少量Mo元素合金化的CoCrFeNiMo_0.2五元高熵合金的疲劳裂纹扩展性能,研究了微元素合金化影响高熵合金抗疲劳裂纹扩展能力的微观机制。利用原位SEM疲劳实验系统获得两种合金在Paris区内的裂纹扩展速率,CoCrFeNiMo_0.2高熵合金具有较CoCrFeNi高熵合金更低的裂纹扩展速率。通过比较相同有效驱动力下裂纹尖端循环不可逆累积应变,表明CoCrFeNiMo_0.2高熵合金具有更优的循环变形可逆能力。基于位错循环运动相关理论进行分析,揭示这种提高的循环变形可逆能力源自于Mo元素合金化导致的合金层错能降低以及晶格摩擦力和剪切模量升高。这些变化的协同作用导致CoCrFeNiMo_0.2高熵合金具有更显著的位错平面滑移特性,增强了位错运动循环可逆性。此外,CoCrFeNiMo_0.2高熵合金中的层错协调变形机制被认为有助于抑制裂纹尖端的循环塑性损伤。（4）针对高温对一种CoCrFeNiMn高熵合金疲劳裂纹扩展行为及抗裂纹扩展机制的影响进行了研究。通过与常温下（293K）的实验结果对比,发现高温下该合金的抗裂纹扩展能力并没有随其强度水平下降而发生严重退化。这与高温引起的抗裂纹扩展机制变化密切相关,首先高温下出现了不同于常温下的微观迟滞机制,即“多微裂纹”增韧机制（473K）和裂纹尖端周期性钝化机制（673K）,它们对裂纹扩展有抑制作用;其次,高温下裂纹扩展路径发生偏折与分叉的现象更为普遍,降低了裂纹尖端的有效驱动力;再次,裂纹尖端塑性区尺寸随温度升高而增大,将导致裂纹闭合水平的增强。这些机制的协同变化弥补了该合金在高温下由于强度下降而导致的抗裂纹扩展能力下降。