Page 55 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 李镕辛，等： CoCrFeNiCu x 高熵合金爆炸成型弹丸药型罩结构的优化与毁伤效能 第 3 期

increasing significantly under high strain-rate loading. Numerical simulations were performed using the nonlinear finite
element software AUTODYN to compare the EFP formation processes between conventional copper liners and the proposed
HEA liners. The simulations revealed that the superior strength of the HEAs impeded the complete closure of the projectile tail
when using a conventional uniform wall thickness liner geometry. To address this issue, a uniform variable wall thickness
design was implemented for the HEA liners. This optimization successfully improved the formed EFPs, resulting in length-to-
diameter ratios of 2.0 for x=0 and 2.5 for x=1, with velocities reaching 2 260 m/s and 2 357 m/s, respectively. The penetration
performance of the optimized HEA EFPs was validated against two target types. The projectiles achieved penetration depths of
37.8 mm (x=0) and 41.5 mm (x=1) into 100-mm-thick 4340 steel targets, and 287.6 mm and 303.7 mm into 1 000-mm-thick
C35 concrete targets. The crater diameters exceeded 260% of the charge caliber, confirming excellent penetration and damage
capabilities. This work demonstrates that structural optimization of CoCrFeNiCu HEA liners significantly enhances EFP
x
formation quality and penetration performance, providing a theoretical foundation and a novel strategy for the design of high-
efficiency damage warheads.
Keywords: high-entropy alloy; explosively formed projectile; liner; structural optimization; penetration performance

[1]
聚能破甲类战斗部通过空腔装药结构产生的门罗效应 ，在炸药爆轰作用下压垮药型罩结构，形成
具有高动能密度的侵彻体，其典型毁伤元可分为射流 [2] 与爆炸成型弹丸（explosively formed projectile,
[4]
[3]
EFP） 。相较于射流，EFP 虽有效长度较小、头部速度较低（1 500～3 000 m/s） ，但其基本不受内部速度
[5]
梯度影响，可在大炸高条件下展现出稳定的侵彻性能 ，该特性使得 EFP 战斗部在反跑道弹药和末敏弹
[6]
等灵巧弹药领域具有独特的应用价值，其成形机理与终点效应是该类毁伤元研究的重点方向 。然而，
随着防护技术的不断进步 [7-8] ，传统材料药型罩，如铜罩、钢罩等往往单纯依靠动能冲击，已难以满足现代
战场对高效毁伤的需求。为了弥补这一不足，反应合金材料在聚能装药领域中的应用研究逐渐受到
重视 [9-12] 。
高熵合金（high-entropy alloys, HEAs）材料是 21 世纪以来合金领域发展最迅速的方向之一 [13-14] 。
HEAs 的多主元设计使其表现出热力学上的高熵效应、动力学上的缓慢扩散效应、晶体结构上的晶格畸
变效应和性能上的鸡尾酒效应 [15-16] ，并在耐高低温、耐腐蚀和抗高速冲击等极端应用环境领域展现出了
良好的应用潜力 [17-19] 。并且，其配方灵活多变，可根据不同结构需求设计相应的合金材料 [20] 。据美国空
军实验室的一项统计 [21] ，HEAs 的发展已涉及 37 种金属元素，其种类更是多达 480 种，该项调查还显示了
各类金属元素在 HEAs 成分设计中的使用频率，其中 Co、Cr、Fe、Ni 等 4 种金属元素的使用频率最高，达
到了约 70%，且 CoCrFeNi 基 HEAs 在以往的研究中已被证明有良好的塑性、延展性、抗冲击性能和可加
工性 [21] 。由于内含多种金属元素，HEAs 在高速冲击等超高应变率条件下能够发生剧烈氧化还原反应 [22]
（CoCrFeNi HEA 的单位质量冲击反应能量释放效率约 32.18% [23] ），因此作为一类典型的反应合金材料在
高效的动能与化学能耦合毁伤领域受到广泛关注 [24] 。
HEAs 在聚能装药战斗部的设计和研发领域中有着极高的研究与应用价值，可采用高塑性、高密
度、良好延展性和冲击释能明显等综合性能优异的 HEAs 来加工制备药型罩等结构，从而实现战斗部的
高效毁伤。大量文献报道了 HEAs 药型罩的射流形成及毁伤性能研究 [25-27] ，例如：结合材料的 Johnson-
Cook (J-C) 本构模型和 Grüneisen 状态方程，利用 AUTODYN 软件分析 HEAs 聚能射流的拉伸断裂规律，
可为后续 HEAs 药型罩的开发应用提供理论指导 [25] 。此外，还对 HEAs 射流对不同靶目标的毁伤能力进
行了试验验证，如混凝土靶 [26] 和金属靶 [27] ，发现 HEAs 射流对不同介质的靶目标的侵彻过程中均伴随明
显的扩孔效应。然而，研究中还发现，HEAs 的加工硬化行为使 HEAs 药型罩在射流拉伸形成的过程中
相较紫铜容易发生更早的断裂和分散，从而影响整体的毁伤效果 [28] 。
相比射流，EFP 整体变形较小，且理论上材料的硬化行为有利于提升 EFP 的侵彻能力，因此后续工
作可考虑侧重 HEAs EFP 药型罩的应用研究。李海峰等 [29] 对 Ta-Hf-Nb-Zr 系 HEA EFP 的形成进行了试
验和数值模拟对比验证，结果具有较好的一致性（长度、直径以及速度的相对误差均不超过 8.2%），进一

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