通过冷却路径调控的Cu-Be合金共析转变：从晶体学到力学性能

《Science China-Materials》：Eutectoid transformation in Cu-Be alloys tuned by cooling pathways: from crystallography to mechanical properties

高Be Cu-Be合金冷却路径影响相变、组织与力学性能研究。两步均匀化消除偏析并抑制有害针状相。扩散动力学与热力学分析表明初始温度和冷却速率决定共晶形貌与范围。β→γ相变产生约3.9%等轴收缩，应变能远低于β→α相变。快速冷却形成7nm间距的细小α/γ层片，界面晶格畸变（α:0.0167，γ:0.0095）导致应力集中与裂纹萌生。建立了工艺-组织-性能-机制调控框架。

　　

摘要

高铍含量的Cu-Be合金存在枝晶偏析现象以及脆性的β/γ相，这给加工和应用带来了困难。本研究探讨了冷却路径对Cu-2.8Be和Cu-3.8Be合金的共晶转变、微观结构及力学性能的影响。通过两步均匀化处理有效消除了偏析，并抑制了有害针状相的形成。扩散动力学和热力学分析表明，初始温度和冷却速率共同决定了共晶组织的形态和程度。晶体学分析及基于Eshelby的理论分析显示，β → γ转变过程中材料发生各向同性的收缩（约3.9%），其产生的应变能量远低于β → α转变过程中的各向异性变形（α相膨胀约28.5%，β相收缩约9.2%），从而解释了γ相优先形成的原因。快速冷却会促使共晶组织沿晶界不完全分解，形成层间距仅为约7纳米的细小α/γ层状结构。晶格应变分析证实α/γ界面处存在显著的畸变（ε^αxx = 0.0167，ε^γxx = 0.0095）。这些界面处的力学不相容性和高内部应变会导致应力集中和裂纹萌生。本研究建立了一个涵盖工艺、微观结构、性能及机制的框架，对于控制高铍含量Cu-Be合金的性能至关重要。

高铍含量的Cu-Be合金存在枝晶偏析现象以及脆性的β/γ相，这给加工和应用带来了困难。本研究探讨了冷却路径对Cu-2.8Be和Cu-3.8Be合金的共晶转变、微观结构及力学性能的影响。通过两步均匀化处理有效消除了偏析，并抑制了有害针状相的形成。扩散动力学和热力学分析表明，初始温度和冷却速率共同决定了共晶组织的形态和程度。晶体学分析及基于Eshelby的理论分析显示，β → γ转变过程中材料发生各向同性的收缩（约3.9%），其产生的应变能量远低于β → α转变过程中的各向异性变形（α相膨胀约28.5%，β相收缩约9.2%），从而解释了γ相优先形成的原因。快速冷却会促使共晶组织沿晶界不完全分解，形成层间距仅为约7纳米的细小α/γ层状结构。晶格应变分析证实α/γ界面处存在显著的畸变（ε^αxx = 0.0167，ε^γxx = 0.0095）。这些界面处的力学不相容性和高内部应变会导致应力集中和裂纹萌生。本研究建立了一个涵盖工艺、微观结构、性能及机制的框架，对于控制高铍含量Cu-Be合金的性能至关重要。