Page 26 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 王 强，等： 间隙C掺杂CoCrNi基中熵合金的应变率效应和温度效应 第 3 期

high strain rate, the abnormal stress peak disappears. Through the analysis of the characterization of the deformed

microstructure, it is speculated that the main reason for the phenomenon of 3rd-type strain aging under quasi-static conditions
may be the existence of interstitial C atoms. During the process of continuous plastic deformation and development, a series of
mixed structures similar to heterogeneous structures are generated, which are composed of dense dislocation cells, micro
bands, stack faults, dislocation clusters and deformation twins. These mixed structures intensify the interaction between
interstitial atoms and moving dislocation, and then pin the dislocation, which results in dynamic strain aging phenomenon
occurs. The reason why the 3rd-type strain aging does not appear under dynamic conditions may be that the solute atoms move
slower than the dislocation. The dislocation cannot be pinned in time. In addition, the precipitation of a large number of
nanoscale SiC precipitates weakens the "pinning" effect of interstitial atoms under dynamic loading.
Keywords: strain rate effect; temperature effect; dynamic strain aging; medium-entropy alloy; interstitial element C doping
金属材料通常在冲击、爆炸、热成形和加工（如高速切削）等过程中承受高应变率和高温的极端加
载环境。因此，在涉及塑性动力学研究的金属结构设计中，考虑温度和应变率效应是至关重要的。与塑
性静力学不同，动态加载下的金属材料具有一系列不同于静态加载的力学性能，如高应变率加载下的绝
热温升、孪晶、大变形引起的动态再结晶、绝热剪切失稳等。因此，有必要深入理解金属和合金的应变
率效应、温度效应以及率-温耦合下的效应，以期更好地设计和开发可以服役于极端环境下的材料。近
[1]
年来，中/高熵合金（medium/high-entropy alloys, M/HEAs）凭借优异的力学性能 ，应用范围也越来越广，其
在极端环境下尤其是高速冲击下的力学性能受到了广泛的关注 [2-5] 。众所周知，添加间隙元素，如 C、

N 等，是增强钢和许多其他合金的一种有效而经济的方法 [6-8] 。大量的研究表明，间隙原子的加入影响了
M/HEAs 的弹性性质、原子相互作用、合金相类型和相体积分数，从而决定了形变组织的激活和形成。
基于此，间隙 M/HEAs 经历额外的热处理和热机械加工后，其表现出优异的综合力学性能。此外，间隙
原子在 M/HEAs 中也会引起明显的晶格畸变，极大地影响位错与其他晶体缺陷之间的相互作用 [9-12] ，调
节 M/HEAs 的相稳定性、成分均匀性、晶格摩擦应力和层错能（stacking fault energy, SFE） [13-15] 。因此，间
隙 M/HEAs（interstitial M/HEAs, iM/HEAs）可以作为变形后多种强化机制的载体和协调者，进一步提高合
金的综合力学性能 [16-19] 。目前，已有研究对 iM/HEAs 力学性能的报道主要集中在准静态条件下的硬度、
压缩和拉伸性能（尤其针对 FCC (face-centered cubic) 结构的材料）。然而，关于其在动态高温环境下的力
学行为和变形机制研究尚且不足，尤其是微结构的演化信息。这些信息对于深入理解材料变形机理、建
立能指导材料设计且应用于工程构件模拟的本构模型十分重要。因此，本文将基于高温准静态、动态压
缩装置研究间隙 C 掺杂的 CoCrNiSi C 0.04 8 合金在静动态不同温度下的微结构演化机制，借助精细
0.3
XRD（X-ray diffraction）扫描、电子背向散射衍射（electron back scatter diffraction, EBSD）和 TEM
（transmission electron microscope）技术探究其微结构演化，并基于微结构信息和力学性能建立力学量与微
观结构之间的关联。

1 材料制备与力学测试

1.1 材料制备
本文研究的合金为非等原子比的 CoCrNiSi C 8 中熵合金，采用真空感应磁悬浮熔炼炉，用纯度均
0.3 0.04
为 99.9 % 以上的纯元素颗粒制备出了圆柱形大块合金锭，尺寸为 ∅ 76 mm × 73 mm。随后对铸锭在 1 200 ℃
温度下，进行时长为 2 h 的均质化热处理。均质化处理后，紧接着从合金锭中切取 20 mm 厚的板材，对其
进行冷轧处理，厚度由 20 mm 减薄至 12 mm（轧制率为 40%）。对冷轧后的板材进行 800 ℃/1 h 的退火处
理，随即进行水淬，得到所研究的合金，定义为 C48-800-1h 合金。合金的相结构由 FCC 基体相和三级层
级沉淀结构组成，其中三级层级沉淀结构包括微米级的 Cr C 碳化物（2～10 μm）和纳米级的 Type-Ⅰ型
6
23
SiC 颗粒（200～500 nm）和 Type-Ⅱ型 SiC 颗粒（＜100 nm）组成，具体微结构信息见文献 [20]。

031402-2