Page 85 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 郑贺龄，等： (Ti 2 Zr) 1.5 NbVAl 0.5 高熵合金的动态响应与冲击释能机理 第 7 期

切带内的位错动力学如何驱动能量释放尚不清楚。同时，现有数值模拟研究多聚焦于单一物理过程，尚
未实现从破碎、温升到化学反应的全链条耦合建模。
基于上述背景与现存问题，本研究以 Ti-Zr-Nb-V 系难熔高熵合金为研究对象，采用多尺度试验与数
值模拟相结合的方法：首先，设计并制备新型单相体心立方晶体结构（body-centered cubic，BCC）高熵合
金 (Ti Zr) NbVAl ，系统表征其铸态显微组织和成分均匀性；随后，通过准静态压缩、拉伸及动态压缩
0.5
2
1.5
试验揭示该合金在 0.001～6 000 s 应变率及−80～400 ℃ 温度下的力学特性，并基于力学试验数据拟合
−1
获得其 Johnson-Cook 本构参数和损伤参数；结合直接弹道试验，分析不同冲击速度下弹丸的破碎行为、
温度场演化及能量释放特性，明确冲击速度与释能效率的关联；进而，利用有限元-光滑粒子流体动力学
（finite element method-smoothed particle hydrodynamics, FEM-SPH）耦合算法构建冲击侵彻数值模型，复现
温升与破碎过程，验证本构模型及状态方程的可靠性；最后，通过微观结构分析揭示绝热剪切带内位错
重组和动态再结晶等行为对能量释放的驱动机制，阐明宏观释能行为与微观变形机制之间的内在联系，
以期为高熵合金作为新型冲击含能材料在军事防护、航空航天等极端动态载荷领域的应用提供理论基
础与试验依据。

1 研究方法

1.1 实验研究
1.1.1 材料
材料的制备和力学性能测试如图 1 所示。本研究选用钛-锆-铌-钒（Ti-Zr-Nb-V）系难熔高熵合金，主
元素 Ti、Zr、Nb、V 的原材料质量纯度均大于 99.5%，铝（Al）作为强化补充元素，由于熔炼时易挥发，因
此需提前核算消耗量并补入。原材料中 Zr 为结晶锆、Ti 为海绵钛、Nb 为锭状车屑、V 为条状枝晶钒。
配料前用石油醚超声波清洗去除油污，V 元素额外经稀盐酸（HCl）浸泡 24 h 后，再用无水乙醇超声清洗、
吹干，称质量误差控制在±0.003 g 以内，配料后置于真空环境防氧化。

V
Ti
Materials preparation

Zr

Nb Al

Ø7 mm×7 mm

Mechanical property

30 mm 65 mm

Dynamic loading Quasi-static loading Ø3 mm×3 mm

图 1 材料制备及力学性能测试
Fig. 1 Material preparation and mechanical property test

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