Page 98 - 《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

余速度继续侵彻过程。可以观察到，穿透第 1 层靶板后，弹丸头部与尾部存在显著的温差，头部温度升
至 953.95 K，而尾部温度则为 603.15 K。值得注意的是，靶板穿孔边缘的温度与弹丸尾部的温度几乎一
致。可以猜测，尾部温升主要源于弹丸穿透靶板时产生的摩擦热，并通过热传导作用传递至尾部。在后
续弹丸的飞行过程中，第 1 层靶板破碎产生的部分碎片在惯性作用下伴随弹丸共同运动，这些碎片本身
也携带约 853.15 K 的温度。与此同时，弹丸头尾温差逐渐减小，这直接反映了 BCC 结构高熵合金固有
的较低导热性能，导致其内部热量传递过程相对缓慢。最终，弹丸撞击砧板时，在强大的冲击压力作用
下发生剧烈破碎，表现为大量 SPH 粒子的形成，这些粒子主要聚集在砧板附近区域运动。撞击点温度达
到模拟中的最高值 1 160.75 K，此时弹丸的动能减为零，速度不足以支持进一步侵彻，整个系统形成的瞬
态高温场在约 5.5 ms 后开始逐渐冷却消散。通过对比模拟与试验回收的残余弹丸宏观形貌，发现形状
和高度基本保持一致。总体而言，数值模拟过程及温度模拟结果与试验吻合良好，这不仅验证了所采用
本构模型参数的准确性，更直接证实了试验中腔室内观察到的温升现象来源于高熵合金在剧烈撞击破
碎过程中所释放的能量。
图 14(b) 展示了侵彻初速提升至 1 375 m/s 的数值模拟结果。整体侵彻过程虽与 734 m/s 工况相似，
但侵彻速度的提升显著加剧了撞击破碎效应。弹丸与第 1 层靶板初始接触瞬间，更高的撞击压力不仅
导致接触界面温度急剧跃升至 1 223.15 K，靶板材料也同步出现显著温升。穿透第 1 层靶板时，一个显著
区别是弹丸头部产生了远多于低速工况的 SPH 粒子，这直观地反映了弹丸头部网格因剧烈冲击而大量
发生失效，标志着弹丸破碎显著加剧。值得注意的是，这些飞溅粒子中仍混杂少量来自靶板的碎片。此
时弹丸头部温度高达 1 455.60 K，而尾部温度仅为 730.25 K，弹坑穿口处温度为 816.15 K。弹丸以残余速
度继续飞行，其破碎过程并未停止。一方面，撞击产生的残余应力在弹丸内部持续发生作用；另一方面，
前一阶段撞击触发的材料破碎引发释能反应仍在持续释放能量。这种释能反应本身具有自持性，在较
高的温度下，促使弹丸热软化效应加剧。然而，这种热软化效应是局部的，并非通过使弹丸整体发生塑
性变形来保护弹丸，反而会诱发和加剧绝热剪切失稳这一高度局域化的失效机制，并最终导致了更剧烈
的破碎现象。高速摄影捕捉到的飞行过程中温度场持续升高是这一持续性释能过程的有力佐证。在
0.48 ms 时，弹丸撞击到底部砧板，巨大的二次撞击压力导致 FEM 弹丸模型完全消失，瞬间转化为大量
SPH 粒子，标志着弹丸的彻底破碎，此时温度场记录到峰值温度为 3 825.55 K。然而，值得注意的是，仅
有少量粒子能达到此极端温度。这可能是由于撞击点附近极小区域的粒子发生最剧烈化学反应/相变的
粒子簇上，而大部分粒子因处于稍外围区域，导致能量转化效率差异，温升相对滞后，使大部分粒子的温
度维持在 2 026.15 K 左右，并且这种高温状态具有持续性，即使在 1.30 ms 时，粒子群的平均温度仍保持
在较高的 1 832.45 K。这一现象进一步证实了释能反应不仅存在，而且其持续时间与侵彻速度呈正相关，
即更高的撞击速度激发了更剧烈、更持久的能量释放过程。直到 12.40 ms 时，系统温度才逐渐回落至初
始环境温度 293.15 K，整个释能反应过程持续约 12.00 ms。综上，模拟结果能够清晰地表明，高熵合金在
高速侵彻过程中的温度场演化是其内部释能反应剧烈程度的直接体现，无论是峰值温度的高低、高温区
域的分布，还是释能反应持续的时间，均与侵彻速度密切相关，速度越高，反应越剧烈，持续时间越长。
2.4 高熵合金的变形机制
2.3 节的数值模拟准确地反映了高熵合金在高速侵彻下剧烈的温升和持续释能的现象，从宏观上关
联了撞击破碎与侵彻速度的关系。然而，要揭示高熵合金高效能量释放的根本驱动力，必须深入探究材
料内部微观结构的动态响应。BCC 高熵合金特有的严重晶格畸变效应、多组元相互作用及潜在的亚稳
态结构，为极端冲击载荷下激发独特的能量储存与转化路径提供了基础。因此，本节将从高熵合金的原
子尺度，如位错网络的崩塌、局域化剪切带内的绝热温升等现象揭示高熵合金的释能机理。
分别选取侵彻速度为 734 和 1 375 m/s 的工况下收集到的大块碎片进行 EBSD 分析。EBSD 样品首
先利用线切割沿轴线切开，并用 200 目、400 目、800 目、1 500 目及 2000 目的砂纸对切面打磨后，将试样
放入高氯酸质量分数为 6%、2-丁氧基乙醇的质量分数为 35% 和甲醇的质量分数为 59% 的混合溶液中，

在−25 ℃、30 V 电压的条件下电解抛光 30 s。图 15 为侵彻速度为 734 m/s 的弹体微观形貌。按照晶粒的

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