Page 25 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 叶想平，等： 辐照-预应力和冲击耦合作用下金属硬化和脆化规律与微观机理实验研究进展 第 10 期

预拉伸应力提高辐照孔洞的数密度。然而，基于辐照孔洞尺寸和数密度，结合 Orowan 辐照强化理论计
算得到的辐照硬化值与实验值表现出趋势性的矛盾，即基于辐照硬化理论计算结果表明预应力应当进
一步强化辐照硬化效应，实验结果却显示预应力延缓辐照硬化，如图 10(c) [21] 所示。且 Ye 等 [21] 提出这可
能与预拉伸应力诱导辐照孔洞外法向沿预应力方向发生择优取向性分布，进而改变孔洞的强化效应有
关，但缺乏直接的实验与模拟研究证据。

55 70

σ PIS without stress σ PIS with pre-stress of 10%σ 0.2
Engineering stress/MPa 40 0 dpa Stress/MPa 40 UTS without stress
55

0.04 dpa
25
0.09 dpa
UTS with pre-stress of 10%σ 0.2
0.03 dpa-10%σ 0.2
0.14 dpa-10%σ 0.2
0.83 dpa
0.23 dpa-10%σ 0.2 0.22 dpa 25 YS without stress YS with pre-stress of 10%σ 0.2
10 10
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 [100] 0 0.01 0.1 1
Engineering strain Dose/dpa
(a) Tensile engineering strain-stress curves (b) σ PI , UTS and YS
32
24
Δσ dpa /MPa 16

Calculated Δσ dpa without stress
8 Experimental Δσ dpa without stress
Experimental Δσ dpa with pre-tensile stress
Calculated Δσ dpa with pre-tensile stress
0 0.3 0.6 0.9
Dose/dpa
(c) Comparison of experimental and theoretical values of
increase in yield stress induced by irradiation defects
图 10 中子辐照预拉伸应力退火态高纯铝的实验结果 [21]
Fig. 10 Experimental results of neutron irradiation pre-stressed annealed high-purity aluminum [21]

尽管 Ye 等 [21] 提出的预拉伸应力延缓辐照硬化的微观机制缺乏直接的实验和模拟研究证据，但仍旧
具有较强合理性。首先，大量实验 [12,16,19-20] 与模拟 [14] 研究结果表明，预应力对辐照缺陷具有 2 个显著的
影响特征：其一，预应力能够提高辐照缺陷数密度 [12,14,16,19] ，如图 11 [12] 所示，这也是理论计算结果显示预
应力强化辐照硬化的原因；其二，预应力诱导位错环外法向沿预应力方向择优取向性分布，且预应力越
大这种取向性分布越严重 [12,20] ，如图 12 [20] 所示。其次，基于 Orowan 强化理论可知，即便材料内部的缺陷
尺寸、数密度和空间分布点位完全相同，低对称度缺陷发生择优取向性分布也能够显著改变其强化效
应，如图 13 [21] 所示，然而现有 Orowan 强化理论并未考虑低对称度缺陷的择优取向性分布效应，仅考虑
了缺陷尺寸和数密度的影响 [35-36,56-58] 。最后，尽管中子辐照高纯铝中的缺陷以孔洞为主，但孔洞均为类盘
状的截角八面体结构，与位错环均表现出低对称度的盘状几何特性，表明预拉伸应力有可能也会诱导盘
状孔洞外法向沿预应力方向的发生择优取向性分布，从而影响其强化效应，并在宏观上表现出预拉伸应
力延缓高纯铝辐照硬化的特征 [21] 。
以上研究结果表明，预应力能够显著且复杂地改变中子辐照金属的硬化和脆化性能，但预应力状态（拉
伸、压缩等）和幅值对中子辐照反应堆结构材料（不锈钢、马氏体钢、Zr 合金等）硬化和脆化性能的影响规
律实验研究还有待加强，预应力延缓金属辐照硬化和脆化的微观机理还亟待澄清。然而，由于中子辐照材
料宏-微观实验自身难度大，以及预应力中子辐照样品制备的复杂性等问题，目前相关实验研究进展缓慢。

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