作者信息
喻文翀（江西理工大学赣南实验室博士研究生）。
郭诚君（Chengjun Guo），江西理工大学赣南实验室
安桂焕（Guihuan An），江西理工大学赣南实验室
曾智杰（Zhijie Zeng），江西理工大学
肖翔鹏（Xiangpeng Xiao），江西理工大学赣南实验室
论文全文：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2026.02.078
1、背景介绍
Cu-Ti合金兼具高强度、高硬度、高弹性，同时具备优异的耐磨性、疲劳性能、耐腐蚀性、焊接性和切削加工性，是电气领域中替代铍青铜的理想候选材料。早期对 Cu-Ti 合金的研究均将不连续析出视为有害的微观组织特征，这是由于其析出相通常表现为粗大的片状形貌且相间间距较大，因此相关研究均致力于抑制不连续析出的形成。然而，单纯依靠连续析出的组织调控策略正逐渐面临性能瓶颈，仅通过成分微合金化或调整热机械加工工艺，已难以实现合金性能的大幅提升。尽管不连续析出带来的粗大致密组织会损害合金力学性能，但其形成通常需要长时间的时效处理。延长等温时效时间可使溶质原子充分析出，实现铜基体的纯化，从而显著提升合金的导电率。若能对不连续析出相的尺寸、形貌和空间分布等微观特征进行有效调控，使其成为合金的强化结构，那么不连续析出将从制约性能的缺陷转变为提升结构性能的有利特征，甚至有望在提升合金强度的同时保持较高的导电率。因此，通过调控不连续析出行为实现组织调控，成为开发高强高导合金的新型潜力策略。
2、文章亮点
本研究通过“时效-冷轧”工艺，促进不连续沉淀组织的充分析出，并调控其组织，实现了不连续沉淀组织片层化纤维化转变，实现了合金导电性能和力学性能的协同提升。抗拉强度达到1062 MPa的同时，电导率为22.1 %IACS。揭示了不连续沉淀组织对合金的强化机理，为替代单纯依靠连续析出的传统组织调控路线提供了新的思路。
图1加工工艺路线图
研究了合金在不同时效温度下的片层厚度和间距。可以发现，在相对较低时效温度下（如525 ℃），片层状组织排列致密，片层间距较小；随着时效温度升高，片层粗化，间距增加；温度过高时不连续沉淀组织出现回溶。这是因为不连续沉淀中大量的片层界面构成了较高的系统界面能，随时效温度升高，原子扩散能力急剧增强，为降低总界面能提供了动力学条件。在此过程中，片层末端因其较高的化学势而逐渐溶解，而化学势较低的片层中部则得以保存并继续粗化，最终导致平均片层间距增大。
图2Cu-3.2Ti-0.3Nb 合金在不同温度下时效20h后析出的不连续析出相扫描电镜图像（r：平均片层厚度，d：平均片层间距）：(a) 525℃；(b) 550℃；(c) 575℃；(d) 600℃
研究对比了不同时效温度下合金的硬度和电导率变化规律，随着时效温度升高，合金硬度总体呈下降趋势。在525℃至600℃范围内，硬度下降趋势明显减缓，同时电导率出现峰值。不连续沉淀组织的大量形成导致力学性能显著降低，基体Ti固溶度降低，合金电导率上升。随着时效温度的提升，不连续沉淀片层逐渐粗化，相界面密度降低，从而导致硬度下降；同时不连续沉淀回溶导致机体溶质原子浓度再次升上，降低了合金电导率。
图3 Cu-3.2Ti-0.3Nb合金经不同温度时效20h后的硬度和导电率变化曲线
对比经过不同变形量冷轧变形后的合金组织，可以发现随着冷轧变形量的增加，沿轧制方向平行排列的片层状组织数量显著增多，不连续析出相随变形量增大逐渐细化，平均片层间距减小。尤其在较高变形量（≥83%）下，析出相发生明显破碎与再分布，片层结构的均匀性和连续性得到改善。
图4 过时效态 Cu-3.2Ti-0.3Nb 合金经不同变形量冷轧后的扫描电镜图像：(a-b) 56%；(c-d) 69%；(e-f) 76%；(g-h) 83%；(i-j) 90%
TEM图像显示，轧制变形量增加使得片层状不连续沉淀组织细化，间距显著减小，部分片层断裂，整体呈纤维状分布。这一演变过程显著增加了相界面密度，这些界面可作为有效的位错障碍；同时，晶面间距略有减小，表明晶格畸变加剧，进一步阻碍位错运动，有助于合金强度的提升。
图5 过时效态Cu-3.2Ti-0.3Nb合金经56%冷轧变形后的透射电镜图像
图6过时效态Cu-3.2Ti-0.3Nb合金经90%冷轧变形后的透射电镜图像
过时效态的合金经过冷轧变形后，随着变形量增大，硬度显著上升，在90%变形时达到255.2 HV，较未变形时效态提升约34%。相比之下，导电率受冷轧影响较小，始终维持在22.1 %IACS左右，与时效态水平基本一致。此外，随着冷轧变形量的增加，合金抗拉强度持续提高，在90%变形时达到1062 MPa，但延伸率相应下降至10%，表明材料在强度提升的同时塑韧性有所牺牲。
图7过时效态Cu-3.2Ti-0.3Nb合金经不同变形量冷轧后的性能曲线
3、总结与展望
本研究通过525℃时效20h结合后续最高90%的冷轧变形，成功将Cu-3.2Ti-0.3Nb合金中的不连续析出组织从粗大的片状转变为细化的纤维状，其片层间距和析出相厚度均显著减小，这种纤维状转变是合金强度提升的关键因素。最终获得优异的综合性能：抗拉强度为1062MPa，导电率为22.1% IACS，伸长率为10%。本研究证实，通过变形主动促进并调控不连续析出相的形貌，是设计高性能Cu-Ti基合金的可行且有效的策略。将不连续析出从有害缺陷转化为有益的强化结构，能够实现合金强度-导电率的良好匹配，为替代单纯依靠连续析出的传统组织调控路线提供了新的思路。
