Page 5 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 陈嘉琳，等： 重复冲击载荷下Al 0.3 CoCrFeNi高熵合金的动态响应机制与累积损伤效应 第 3 期

increases linearly with the impact velocity. However, at higher impact velocities, the dislocation line length decreases due to
the limitation of the plate thickness. The stress analysis shows that when the impact velocity increases, both the maximum
stress and the boundary stress of the plastic zone exhibit nonlinear variations characterized by a quadratic relationship. Under
the secondary impact, the Al CoCrFeNi HEA plate forms a damage zone resembling a trapezoidal shape after impact. The
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radius of the pit within this damage zone exhibits a quadratic relationship with the impact velocity. Additionally, the minimum
affected area resulting from the secondary impact also demonstrates a quadratic relationship with the impact velocity.
Regarding impact resistance, as the initial impact velocity increases, the residual velocity following the secondary impact also
rises, indicating a reduction in the resistance capability of HEA. At a distance of 10 nm from the impact center, the ballistic
limit velocity decreases nonlinearly with increasing initial impact velocity. However, an increase in the secondary impact
velocity mitigates the effects induced by the initial impact.
Keywords: high-entropy alloy; repeated impact; molecular dynamics; dynamic defect evolution; cumulative damage

高熵合金（high-entropy alloys, HEA）基于多主元设计理念，其性能和变形机制因成分和结构而异，突

破了传统合金的性能限制，在高温、高压、高应变率等极端环境中展现出显著的性能优势。HEA 在冲击
载荷下的优异能量吸收能力和抗变形特性，本质上源于其微观结构与动态变形机制之间的协同作用 [1-4] 。
Li 等 [5] 研究发现，(FeCoNi) Al Ti 、Al CoCrFeNi 及 CrMnFeCoNi 等大部分 HEA 在单次冲击下表现出高
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韧性和强抗塑性变形能力，这得益于其多尺度结构调控和多重强化机制的耦合效应。需要指出的是，不
同 HEA 体系的变形机制可能存在差异，需根据具体成分进行详细的分析。
从宏观力学性能角度分析，CoCrFeNi 高熵合金的力学响应表现出显著的应变率依赖性：其应变率敏
感指数从低应变率的 0.01 激增至高应变率的 0.33，同时屈服强度和流动应力也随着应变率的提高而持
续提升 。这种应变率依赖性的变化反映了不同应变率下材料变形机制的差异：在低应变率下，塑性变
[6]
形主要通过位错滑移实现；而在高应变率下，位错成核及纳米孪晶的形成显著提高材料的强度 [7-8] 。
从微观结构演化角度来看，HEA 在极端加载下经历复杂的变化过程，其力学响应与微观结构演化存
在显著的耦合效应，主要体现在以下 3 个方面。首先，在塑性变形机制层面，许多 HEA 是以位错滑移为
主导的塑性变形机制，例如 FeNiCrCoCu 高熵合金 [9] 及氮掺杂的 CoCrFeMnNi 高熵合金 [10] 等，然而，在一
些特定 HEA 体系中，变形孪生和应力诱导相变也发挥了重要作用，与位错滑移协同实现塑性变形 ，如
[6]
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Fe 49.5 Mn Co Cr C 0.5 [11] 及 Fe Mn Cr Ni 高熵合金 [12] 等。在冲击载荷下，位错在材料内部相互交错，形
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成有利的阻碍，从而提升材料的整体强度和韧性 [13] 。在高应变率加载下，位错与孪晶密度呈指数级增
长，其交互作用显著增强材料的韧性 [14-15] 。其次，在多相界面强化方面，HEA 中异质相形成的多重界面
在载荷传递过程中展现出独特的阻裂效应 [16-17] 。双相 HEA 通过“软相”与“硬相”的协同作用实现强
韧化 [18-19] 。在动态加载条件下，高应变率诱导的相变和非晶化进一步优化变形路径，延缓材料失效 [20] 。
此外，在成分设计方面，HEA 中元素的多样性所带来的固溶强化效应显著增强材料抵抗塑性变形的能
力 [19-21] 。原子半径差异引起的显著晶格畸变，导致残余应力场的形成，阻碍位错运动。在 HEA 中，体心
立方（body centered cubic, BCC）结构和面心立方（face centered cubic, FCC）结构都可能表现出固溶强化效
果。固溶强化主要来源于溶质原子引起的晶格畸变，而晶格畸变的程度和强化效果与溶质原子的种类、
浓度以及溶质原子与溶剂原子的相互作用有关，而非直接由晶体结构决定。同时，多主元的高混合熵降
低了系统自由能，从而抑制金属间化合物的生成，促进简单固溶体相的稳定 [22] 。
尽管对 HEA 在单次冲击载荷下的动态响应机制研究已取得显著进展，但对其在多次冲击载荷下的
累积损伤行为研究仍较少。目前，对在重复冲击下，材料的结构缺陷效应研究，缺乏系统性表征。特别
是在冲击载荷下，材料的动态响应机理及微观缺陷交互机制尚未得到深入探讨。
分子动力学（molecular dynamics, MD）在揭示 HEA 冲击响应的微观机制方面显示出独特优势。一方
面，MD 模拟能够提供原子级别的视角 [23-24] ，观察到材料在冲击载荷下的动态行为和微观演化过程，这是
传统实验方法难以实现的。另一方面，MD 特别适合于极短时间尺度和高应变率条件下的模拟，可实时
追踪冲击载荷下的位错形核、层错、孪晶演化以及相结构变化（如 BCC-FCC 相结构转变）等，同时能解

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