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有一时效硬铝合金,在高温固溶处理后淬火,然后在150℃时效强化。在时效过程中,形成了许多很细小的析出物。通常发现:时效析出物的形成具有一定的速度,而且这速度常常快于合金元素的扩散系数(D0=0.2m2/s,Q=125×103J/mol)所决定的速度。其原因是由于淬火使合金在低温下保存了过量的空位。在较低的温度,空位的平衡数量要下降,并且可用空位形成能E来描述,在铝中E≈75×103J/mol。
冷却到低温后,过剩的空位有消失的趋势。如可以通过在晶界上的沉淀来实现。这样,靠近晶界的空位将要快速下降,而且在那里的扩散系数将很快接近它的正常值。所以,在晶界附近的合金元素的扩散将减慢,其结果是沿着晶界会造成无沉淀区(简称PFZ)。试验表明,这种材料加热到150℃时效保温10分钟,才观察到有沉淀析出。试计算:在150℃时效时,在材料中这些无沉淀区的宽度。
问答题
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考虑铜合金固溶体的均匀化问题.
(1)设某铜-锌合金的最高含锌(Zn)量与平均含Zn量之差为5%Zn,最高含Zn量区与最小含Zn量区之间的距离为0.1mm。请使用公式C=C0exp(-4π2Dt/l2)·sin(2πy/l)计算使上述含Zn量之差降低到1%Zn所需的时间。已知:均匀化温度为815℃,D0=2.1×10-5m2/s,Q=171×103J/mol。
(2)如果是铜-镍合金,情况同上,则需要多少时间?已知:在815℃时,镍(Ni)在Cu中的扩散系数为D=7×10-11cm2/s。为加快Cu-Ni合金的均匀化速度,缩短均匀化时间,可采用什么有效措施?