Page 58 - 《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

−1
−1
降，且所有试件均发生了断裂，在 2 247 s 应变率加载下其屈服强度为 197 MPa，在 3 095 s 应变率加载
下，其屈服强度则为 348 MPa。
当 x=1 时，试件在 300 和 575 K 下的动态拉伸真实应力-应变曲线同样表现出了明显的正应变率硬

化效应和热软化效应。300 K 室温条件下，试件在 1965 和 3 030 s −1 应变率加载下的屈服强度分别为
−1
372 和 448 MPa，575 K 高温条件下，试件在 2 189 和 3 177 s 应变率加载时的屈服强度则分别降至 276 和
401 MPa，同样有 3 组试件发生了断裂，分别发生在 300 K-3 030 s 、575 K-2 189 s 和 575 K-3 177 s 加载
−1
−1
−1
条件下。
以上结果表明：CoCrFeNiCu HEA 具有明显的正应变率敏感性，即材料的屈服强度和流动应力随着
x
应变率的提高而提高。这种正应变率效应可能与材料内部的位错运动、相变、孪晶形成等微观机制有
关 [30] ，这些机制在高应变率下可能更活跃，从而提高了材料的强度。为了证明这一特点，通过结合 2 种
合 金 在 室 温 下 3 种 应 变 率 加 载 拉 伸 试 验 获 得 的 力 学 数 据 ， 分 析 HEA 的 应 变 率 敏 感 性 （ strain-rate
sensitivity, SRS），以验证其正应变率效应，应变率敏感性系数 m SR S 的数学表达式 [31] 为：
∆lnσ
m SRS = (1)
∆ln ˙ε
式中：σ 为特定应变对应的应力，MPa； ˙ ε 为加载
表 1 2 种高熵合金在不同加载应变率下给定应变对应的应力
−1
应变率，s 。对 2 种材料在 0.1 应变条件下开展
Table 1 Stresses of two high-entropy alloys corresponding to
计算，不同加载应变率下该应变对应的应力详见
given strain at different strain rates
表 1。基于式 (1) 计算得到的应变率敏感性结果
σ/MPa
均呈现显著的正应变率效应，应变率敏感系数 ˙ ε/s −1
x=0 x=1
m S 分别从 0.053 和 0.047 增大至 0.361 和 0.479，
SR
0.01 204.7 249.5
进一步证实 CoCrFeNiCu HEA 具有显著的应变 1 905 388.7
x
率硬化特性。
1 965 443.5
基于 HEAs 在不同应变率和温度条件下的
3 030 545.7
力学试验结果，可进一步对其本构关系进行拟合 3 095 463.3
分析。在众多本构模型中，Johnson-Cook (J-C) 本
构方程因其广泛的适用性和对金属材料力学行为的准确描述而备受关注 [31] 。该模型综合考虑了应变硬
化、应变率硬化和热软化效应，从而能够全面反映金属材料在复杂加载条件下的力学响应。J-C 本构方
程在工程应用和数值模拟领域具有广泛的适用性，为材料性能评估、结构设计提供了有力的工具，其一
般表达式 [32] 为：
ï Å ã m J-C ò
n ∗ T −T r
σ y = (A+ Bε )(1+C ln ˙ ε ) 1− (2)
p
T m −T r
y
式中：σ 为材料的屈服应力；A 为参考应变率和参考温度下的初始屈服强度；B 为应变强化系数；n 为
p ∗ −2 −1 为应变率
强化指数；ε 为等效塑性应变； ˙ ε = ˙ε p /˙ε 0 ˙ε p 为塑性应变率， ˙ ε 0 为参考应变率， ˙ ε 0 =10 s ；C
，
敏感系数；T 为加载温度；T 为材料的熔化温度，x=0 时 T =1 720 K，x=1 时=1 650 K；T 为参考温度，T =
r
m
m r
300 K；m J- C 为温度软化指数。结合力学试验结果，HEAs 各参数拟合结果如图 5 所示，与力学试验结果具
有较好的一致性，决定系数均大于 0.95，拟合数据如表 2 所示，可应用于后续的数值模拟分析和相关计算
工作。

表 2 2 种高熵合金的材料参数
Table 2 Material parameters of two high-entropy alloys
x A/MPa B/MPa n C m J-C
0 167 844.2 0.97 0.07 0.98
1 218 462.1 0.93 0.05 0.85

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