Page 80 - 《爆炸与冲击》2025年第12期
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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
而铜合金具有较低的堆叠层错能 [25] ，高温、高密度晶体缺陷成为再结晶驱动力，导致明显的再结晶行为，
使原本材料的纤维状组织逐渐长大并趋于等轴化。
通常，材料的动态流动应力是由加工硬化、应变率强化、温度软化三者相互竞争而决定的，其本质
是通过影响材料内部位错、原子空位等晶格缺陷密度改变材料流动应力，即材料内部晶格缺陷密度是影
响材料流动应力的重要因素 [20, 26] 。图 8 给出了在室温和不同应变率下，压缩实验后接触网铜镁合金材料
的 KAM 图。经过对比发现，相比于动态压缩工况，准静态压缩工况下的 KAM 高值区域更多，即材料内
部的位错密度最大，这是由于材料在准静态压缩实验下的应变值更大。同时，随着应变率的增大，材料
−1
变形越不均匀。当应变率为 3 000 s 时，可以明显观察到该现象，这可能是高应变率冲击载荷下产生的
绝热温升促进动态回复导致的结果。图 9 为应变率 2 000 s 、不同温度下压缩实验后接触网铜镁合金材
−1
料的 KAM 分布图。对比发现，温度越高，材料变形不均匀现象越明显；同时，KAM 低值区域越多，材料
内部的缺陷越少，这是由于温度促进了材料的 DRV 和 DRX 过程，温度促进晶粒长大，修复了材料的内
部缺陷。
KAM KAM
5° 5°
0° 0°
50 µm 50 µm
(a) 293 K, 0.001 s −1 (b) 293 K, 1 000 s −1
KAM KAM
5° 5°
0° 0°
50 µm 50 µm
(c) 293 K, 2 000 s −1 (d) 293 K, 3 000 s −1
图 8 同一温度、不同应变率下压缩实验后的接触网铜镁合金材料 KAM 分布图
Fig. 8 KAM diagram of catenary copper-magnesium alloy after compression testing
为助于进一步解释宏观应力-应变响应，有必要分析不同工况下材料内部几何必须位错密度（geome-
trically necessary dislocation, GND）的演化规律。基于应变梯度理论与 EBSD 数据中的局部取向差，材料
内部的几何必须位错密度 ρ GN D 可通过下式计算得到 [27] ：
2∆θ i
ρ GND = (4)
ub
∆θ 为局部取向差；u 为测试的步长，此处取 250 nm；b 为 Burgers 矢量，此处取 0.5 nm。
i
式中：
123101-8
