Page 33 - 《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

区别于塑性静力学，金属材料在动载作用下具有一系列不同于静载的力学特性，例如高应变率加载
下的绝热温升、孪晶、相变、大变形诱发的动态再结晶 [48] 。为了探究动态高应变率下，C48-800-1h 合金
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塑性变形过程中微观结构随温度的变化情况，对合金在 1 000 和 4 000 s 应变率、不同温度下变形后的
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试样进行了 EBSD 观测分析。图 8(b)、(e)、(h) 和 (k) 呈现了 C48-800-1h 合金在 1 000 s 应变率下，25、
400、600 和 800 ℃ 压缩变形后的 EBSD-IPFx 图。从图中可以看出，不同温度下，其主要变形模式为位错
滑移和变形孪晶的混合变形模式，在基体中均有丰富的 DTs，而且 DTs 有被切割的痕迹并且出现晶粒破
碎细化的现象，晶粒细化区域主要集中在 Cr C 碳化物附近。另外，随着温度的升高，Cr C 碳化物附近
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出现的细小晶粒增多。这是因为，在 1 000 s 应变率下，加载时间较短，C48-800-1h 合金产生的变形量较
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小，未能达到较高的应力水平。随着温度的升高，试样内部发生软化，易发生塑性变形，试样的变形量逐
渐增大，变形程度提高，从而晶粒的细化程度提高。在温度达到 800 ℃ 时，试样仍未发生明显的动态再
结晶。同时环境下的高温以及塑性变形产生的温度也会导致动态回复率和动态再结晶率的提高，但是
两者产生的软化效果弱于塑性变形的应变硬化效果，从而显示出较强的加工硬化能力。微观结构上表
现为晶粒进一步细化，孪晶增多。总体而言，在 1 000 s 应变率下，C48-800-1h 合金的流动应力随温度的
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升高而降低仍是动态回复率和动态再结晶率的升高导致的。

对于更高的应变率，C48-800-1h 合金常温下可以看到丰富的 DTs，而且 DTs 有被切割的痕迹并且出
现晶粒破碎细化的现象，局部区域甚至发生了剪切局部化，如图 8（c）所示。随着温度升高，晶粒仍表现
出严重细化的现象，但是未发现明显的剪切局部化区域。当温度升高到 600 ℃ 时，从 IPFx 图中观察到，
发生了大量的位错滑移和变形孪晶，只有 Cr C 碳化物附近的局部区域发生了明显的晶粒破碎细化现
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象。当温度升高到 800 ℃ 时，可以看到明显的动态再结晶现象，可以发现初始的大晶粒组织已经由细小
的动态再结晶晶粒所代替，如图 8（l）所示。综上所述，对于 C48-800-1h 合金，准静态和动态下，微观结构
随温度的演化情况略有不同。准静态下，随着温度的升高，动态回复率增大，在 800 ℃ 时，发生了明显的
动态再结晶，导致流动应力急剧下降。动态情况下，1 000 s 应变率，由于加载时间短，未能达到较高的
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应力水平，所以 800 ℃ 下，未发生明显的动态再结晶。但是 4 000 s 应变率下，由于变形严重以及绝热温
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升加剧，使得 800 ℃ 下，发生了明显的动态再结晶。

4 合金应力反常峰的微观机制

依据前文所述，准静态加载下，C48-800-1h 合金在特定的温度范围内出现了反常应力峰现象（第三
型应变时效现象），但是在动态情况下均未出现。其原因可能归因于间隙 C 元素的添加引起的微结构及
变形模式的变化。这表明反常应力峰的出现与应变率相关。一般情况下，第三型应变时效通常被认为
是位错在短程势垒前“等待”时扩散的溶质原子对其钉扎，增加了位错运动的阻力 [49] ，如图 9 所示。依
据溶质原子和位错的相对位置，可将位错与溶质原子的相互作用分为 2 类：一类是溶质原子聚集在位错
周围，即溶质原子在位错外，称为 Cottrell 气团；另一类是溶质原子聚集在位错里，称为芯气团。在位错
“等待”越过短程势垒期间，溶质原子气团（Cottrell 气团或者芯气团）会形成，从而阻碍位错运动，这与
温度和应变率相关 [50] 。当应变率与温度达到一定的关系时，溶质原子会形成气团，阻碍位错的运动。应
变率与温度的关系可以用下式 [40, 51] 表示：
4bρ d C v D 4bρ d C v D 0 exp[−Q m /(kT)]
˙ ε ≈ = (2)
l l
式中：b 为 Burgers 矢量，l 为溶质原子的有效半径，D 为溶质原子的扩散率，ρ 为位错密度，Q 为溶质原
d
m
子迁移的有效激活能，C 为空穴的密度，D 为原子的扩散频率因子，k 为 Boltzmann 常数。
v
0
对于本文研究的 C48-800-1h 合金，准静态加载下，在特定的温度范围内出现了反常应力峰现象（第
三型应变时效现象）。这是因为，在准静态加载下，间隙 C 元素和大量的 Cr C 碳化物和 SiC 沉淀的存
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在加剧了 FCC 基体与位错之间的作用，进而不断钉扎位错，导致动态应变时效的出现。但是在动态加载
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情况下，并没有出现该现象。图 10 给出了 C48-800-1h 合金在准静态（0.001 s ）、动态（4 000 s ）加载下
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