《Materials Science and Engineering: A》：Effects of 320 °C aging treatment on microstructure and property evolution in Cu-Be alloy
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摘要时效处理对Cu-Be合金的综合性能具有决定性影响。本研究系统考察了工业级固溶处理Cu-Be合金带材在320 °C时效过程中微观结构和力学性能的时变演化规律。结果表明，在初始时效阶段，富含Be的G.P.区从过饱和固溶体中析出，并逐渐转变为与基体共格的γ″相，使合金的强度、显
摘要
时效处理对Cu-Be合金的综合性能具有决定性影响。本研究系统考察了工业级固溶处理Cu-Be合金带材在320 °C时效过程中微观结构和力学性能的时变演化规律。结果表明，在初始时效阶段，富含Be的G.P.区从过饱和固溶体中析出，并逐渐转变为与基体共格的γ″相，使合金的强度、显微硬度和电导率快速提升。在峰值时效阶段，约8 nm的共格γ″析出相在Cu基体中均匀分布，实现了优异的综合性能组合：显微硬度为381.5 HV，屈服强度为1181 MPa，抗拉强度为1301 MPa，伸长率为5.4%，电导率为28.5% IACS。在过时效阶段，析出相粗化，从γ″相转变为γ′相，并失去与Cu基体的共格关系，合金的强度和显微硬度逐渐降低。与此同时，γ′相的粗化和生长消耗了Cu基体中的溶质原子，合金的电导率稳步提高。本研究为优化热处理工艺以进一步提升工业Cu-Be合金带材的综合性能提供了理论依据。
引言
Cu-Be合金具有超高强度、优良的电导率和热导率以及优异的疲劳抗力，是电子、航空航天及高端设备行业中弹性、导电、耐磨导热元件的主要材料[1]、[2]、[3]。随着应用场景持续向微型化、高频化、高集成化和长寿命方向发展，对Cu-Be合金综合性能的要求日益严苛。鉴于强度、显微硬度和电导率之间协同平衡的迫切需求，解决这一矛盾已成为当代铜合金研究的焦点课题[4]、[5]、[6]。析出强化Cu-Be合金的性能受制备工艺的强烈制约[7]、[8]，因此优化工艺路线以增强其力学性能和电学性能具有重要的工程意义。
微合金化是提高析出强化铜合金性能的常用策略之一。然而，微合金化通常以牺牲电导率为代价来提高强度。Jiang等[9]报道，添加Ni能显著促进Cu-0.4Be合金中γ′′和γ′相的析出。时效处理后，抗拉强度（UTS）和屈服强度（YS）分别达到611 MPa和565 MPa，是未添加Ni合金的2.8倍和5.1倍。与此同时，电导率从42.5% IACS降至40.3% IACS。Zhang等[10]报道，添加Ni或Co均对Cu-0.2Be合金的电导率产生不利影响。添加1.0 wt.% Co使电导率从55.6% IACS降至33.4% IACS。尽管采用Ni-Co共掺和优化的热处理工艺，电导率也只能恢复到约49% IACS。显然，仅依靠微合金化进行成分优化很难实现Cu-Be合金力学性能和电学性能的协同提升。微合金化通过促进基体中细小强化相的析出和抑制晶界反应来提高强度，但基体中残留的溶质原子增加了晶格畸变并加剧了电子散射，从而降低电导率[11]。从工业应用的角度来看，微合金化还需考虑一系列实际问题，如合金化元素与炉衬的反应以及氧化损失。这些因素给工艺稳定性和成本控制带来了挑战，从而阻碍了其大规模工业应用。
通过精确控制时效参数以优化析出行为及其与Cu基体的共格性，可以实现Cu-Be合金强度和电导率的协同提升，具有重要的工程意义[3]、[12]。Xie等[13]报道，Cu-2.0Be合金在320 °C时效4 h后，其抗拉强度超过1000 MPa，电导率从12% IACS提升至21% IACS。Zhou等[14]将旋锻与时效处理相结合，使Cu-0.5Be-1.6Ni合金性能显著提升，抗拉强度从706 MPa增至1064 MPa，电导率从35.2% IACS升至46% IACS。Zhang等[15]进一步发现，Cu-2.0Be合金的时效处理可以精确调控γ″和γ′相的析出行为。强化效应主要来源于γ″相的位错切过和γ′相的Orowan绕过。因此，调控析出相的分布并增强其与Cu基体的共格性，是实现力学性能和电学性能协同优化的可行途径。尽管近期关于Cu-Be合金的研究十分活跃，但大多数研究侧重于机器学习辅助合金设计[12]、通过极端加工条件（如深过冷）控制微观结构[16]，或复杂的微合金化策略[17]。这些方法确实产生了有价值的科学见解。然而，它们主要在实验室规模的试样上进行验证，在直接工业应用方面面临显著挑战，包括可扩展性限制、生产成本增加以及电导率下降等问题。
本研究以经过包含多道次冷轧和中间退火等复杂热机械处理工艺的工业级C17200带材为对象，与大多数以往研究中所使用的实验室铸造并均匀化的小铸锭明显不同。与依靠理想化实验室控制来分离析出动力学的基本研究不同，本研究严格聚焦于工程优化。目标是通过利用现有工业热机械历史中固有的析出行为，为商用C17200带材提供可直接放大的热处理窗口。在本研究中，为进一步提升Cu-Be合金带材产品的综合性能，将1.2 mm工业带材在780 °C进行固溶处理，然后进行不同时长的时效。系统考察了320 °C时效时间对微观结构、力学性能和电学性能的影响。此外，阐明了性能提升的内在机制。本研究为优化Cu-Be合金带材工业生产中的热处理工艺，实现强度与电导率之间的理想平衡提供了有价值的参考。
章节片段
材料与方法
原材料为符合ASTM B194标准的商用C17200合金带材。制造商保证的名义化学成分范围为：Be 1.80-2.00 wt.%，Co+Ni ≥ 0.20 wt.%，Co+Ni+Fe ≤ 0.60 wt.%，余量为Cu。商用C17200带材（430 mm × 130 mm）经热轧至13 mm（变形量90%），再结晶退火，并铣削表面至12 mm。随后进行三道次冷轧，中间穿插退火处理（600 °C，5
力学性能和电学性能的演化
图1a展示了Cu-Be合金在320 °C不同时效时长后的显微硬度和电导率演化情况。在初始时效阶段（1-6 h），合金的显微硬度随时效时间的延长而快速增加。时效6 h后，合金达到峰值时效阶段，综合性能最优：显微硬度为381.5±8.2 HV，屈服强度为1181±14.5 MPa，抗拉强度为1301±13.4 MPa，均匀伸长率为5.4±0.1%，电导率为28.5±0.9% IACS（
结论
通过优化工业级固溶处理C17200 Cu-Be合金带材的热机械处理，本研究系统阐明了320 °C时效过程中的多尺度微观结构演化及其对力学性能和电学性能的影响。主要结论如下：
- 1.
平均晶粒尺寸随时效时间略有增加，欠时效（1 h）、峰值时效（6 h）和过时效（8 h）阶段分别为47.92 μm、50.81 μm和54.86 μm。孪晶分数
CRediT作者贡献声明
钟云波： 写作——审阅与编辑、监督、项目管理。林仲泽： 写作——审阅与编辑、方法学。丁彪： 写作——审阅与编辑、方法学、资金获取。沈哲： 写作——审阅与编辑、监督、资金获取。任海强： 可视化、监督。刘为峰： 可视化、监督。陶浩： 写作——初稿撰写。龙扬： 可视化、方法学。李路遥： 写作——初稿撰写、可视化、方法学，
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
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? 作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢国家自然科学基金（52474411、52274385、52574404、U25A20277）、国家重点研发计划（2022YFC2904900）的资助，云南省基础研究计划重点项目（202501AS070096）、四川省-研究院-大学科技合作重点研发项目（2026YFHZ0245）、特殊稀有金属国家重点实验室
李路遥 | 龙扬 | 陶浩 | 刘为峰 | 任海强 | 沈哲 | 丁彪 | 林仲泽 | 钟云波
先进核能材料国家重点实验室，上海先进黑色冶金学重点实验室，上海大学材料与工程学院，上海，200444，中国
