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材料科学
题目

根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图,A组元的熔点为1000℃,B组元的熔点为700℃。wB=25%的合金在500℃凝固完毕,含73.33%初生α相,其余为共晶体(α+β)。含50%B的合金也在500℃凝固完毕,含40%初生α相,其余为共晶体(α+β),此合金中α相的总量占合金总量的50%,试画出此A—B二元相图(假定α相及β相的固溶度不随温度而改变)。

根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图,A组元的熔点为1000℃,B组元的熔点为700℃。wB=25%的合金在500℃凝固完毕,含7
3.33%初生α相,其余为共晶体(α+β)。含50%B的合金也在500℃凝固完毕,含40%初生α相,其余为共晶体(α+β),此合金中α相的总量占合金总量的50%,试画出此A—B二元相图(假定α相及β相的固溶度不随温度而改变)。

题目解答

答案

解:设共晶反应的三个成分点(α、L、β)含B量依次为

则根据杠杆定律:

50%=

联立以上3式,解得:

作图如下:

解析

考查要点:本题主要考查二元共晶相图的绘制,涉及共晶反应的成分关系、杠杆定律的应用,以及根据实验数据确定相图关键点的能力。

解题核心思路:

  1. 确定共晶点温度:题目中两种合金均在500℃凝固完毕,说明共晶温度为500℃。
  2. 设定共晶反应的三个成分点:液相(L)、α相(x)、β相(z)的成分分别为y、x、z。
  3. 应用杠杆定律:根据题目中初生α相的体积分数,建立方程求解x、y、z。
  4. 验证固溶度条件:题目明确固溶度不随温度变化,需确保α和β的固溶度符合计算结果。

破题关键点:

  • 初生相体积分数公式:初生α相体积分数 = (液相线成分 - 合金成分) / (液相线成分 - 固相线成分)。
  • 共晶点成分关系:液相线成分y与固相线成分x、z需满足相图几何关系。

步骤1:设定变量

设共晶反应的三个成分点为:

  • 液相线成分:$y$(%B)
  • α相固溶度:$x$(%B)
  • β相固溶度:$z$(%B)

步骤2:建立方程

根据杠杆定律和题目条件:

  1. wB=25%的合金:
    初生α相体积分数为73.33%,即:
    $73.33\% = \frac{y - 25}{y - x} \quad \text{(1)}$
  2. wB=50%的合金:
    初生α相体积分数为40%,即:
    $40\% = \frac{y - 50}{y - x} \quad \text{(2)}$
  3. α总量占50%的条件:
    共晶体中α和β的比例需满足总α量为50%,结合共晶点成分关系:
    $50\% = \frac{z - 50}{z - x} \quad \text{(3)}$

步骤3:联立方程求解

  1. 联立方程(1)和(2),解得:
    $x = 5\%, \quad y = 80\%$
  2. 代入方程(3),解得:
    $z = 95\%$

步骤4:绘制相图

  • 共晶点E:温度500℃,液相成分$y=80\%$B。
  • 固相线:α相固溶度$x=5\%$B,β相固溶度$z=95\%$B。
  • 端点熔点:A(1000℃)、B(700℃)。

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