Page 78 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 王鸿立，等： 高铁接触网铜镁合金材料的率温耦合变形机理与本构参数 第 12 期

2.2 应变率和温度敏感性
综上可知，接触网铜镁合金材料的压缩力学行为受到应变率和温度耦合作用的影响。这里采用应
变率敏感性指数 m 和温度敏感性因子 S 定量描述应变率和温度对其压缩力学响应的影响。应变率敏
s
T
感性指数 m 定义如下 [23] ：
s
ln(σ/σ 0 )
m s = (2)
ln(˙ε/˙ε 0 )
式中：σ 和 ˙ ε 分别为应力和应变率；σ 和 ˙ ε 0 和分别为参考应力和参考应变率，由准静态实验结果获得。
0
温度敏感性因子 S 定义为 [24] ：
T
)
ln(σ T 1 /σ T 0
S T = − (3)
ln(T 1 /T 0 )
1
1
式中：T =293 K 为参考温度，T 为实验温度， σ T 0 和 σ T 1 分别为温度 T 和 0 T 时对应的屈服强度。
0
图 5 给出了温度和应变率对接触网铜镁合金材料应变率敏感指数 m 和温度敏感性因子 S 的影
s
T
响。可以看出，在所有测试温度和应变率工况下，铜镁合金材料应变率敏感指数 m 均为正值，并随着应
s
变率增大呈现出近似线性增长的趋势，表明材料具有应变率强化效应。从图 5(b) 可以看出，温度敏感性
因子 S 随着温度升高也呈现出近似线性增大的趋势，表现出明显的温度软化效应，且随着温度的升高，
T
温度软化效应更加显著。

0.030 1.4
Strain rate sensitivity index m s 0.020 Temperature sensitivity factor S T 1.0
1.2
0.025
0.8
0.015
0.6
0.010
0.4
0.005
0 3 000 0.2 0 3 000
900 800 2 500 900 800 2 500
2 000
700 2 000 700 1 500
600 −1 600 −1
500 1 500 500 1 000
400 300 1 000 Strain rate/s Temperature/K 400 300 0 500 Strain rate/s
Temperature/K
(a) Strain rate sensitivity index m s (b) Temperature sensitivity factor S T
图 5 不同温度和应变率下铜镁合金材料的应变率敏感指数 m s 和温度敏感性因子 S T
Fig. 5 Strain rate sensitivity coefficient m s and temperature sensitivity factor S T of copper-magnesium
alloy materials at different temperatures and strain rates
2.3 动态压缩变形机理
图 6 给出了室温、不同应变率下压缩实验后接触网铜镁合金材料微观组织结构与晶粒尺寸分布
图 。 对 比 发 现 ， 在 较 低 应 变 率 下 （ 图 6(a)） ， 细 小 晶 粒 的 比 重 相 较 于 未 变 形 组 织 略 有 减 小 ， 尺 寸 小 于
20 mm 的晶粒占比仅有 80% 左右，整体上各晶粒尺寸的分布与未变形组织相似，这是由于加载能量较
低，晶粒没有出现明显的变形。而随着应变率的增大（图 6(b)～(c)），晶粒大小不均匀性更明显，同时，平
均晶粒尺寸出现增大的趋势，这是由于随着加载能量的增大，原本被拉长的晶粒受压缩载荷挤压，从细
长变得短粗。然而，在较高应变率下时（图 6(d)），平均晶粒尺寸出现减小的趋势，并且沿拉拔方向晶粒内
部出现大量的垂直亚晶，此时晶粒被切分为了多个部分。这是因为沿轴向的压缩力会在晶粒内部滑移
面形成分切应力，相互平行的分切应力会形成力偶，促使晶粒发生旋转或滑移，而由于试件原始晶粒组
织为纤维状，晶粒不易转动，为使不断增大的应力得到释放，晶体会沿滑移系最容易开动的方向{111}产
生滑移。此外，从图 6(d) 可以看出，滑移往往从晶界处启动，并逐渐往晶粒内部扩展，在局部还观察到了
晶粒的剪切碎化，这是动态加载下的局部失稳现象。

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