六、下图为 -Cu 二元合金相图,将含 _({u)_(1)}=2% 的合金棒在固相中无扩散、液相中完全混-|||-合、液固界面平面推进的条件下进行不平衡凝固。计算凝固始端固相的成分;确定凝固结束后-|||-共晶体占铸锭棒长的体积分数,并示意画出合金棒中溶质(Cu)浓度分布曲线。(15分)-|||-600-|||-548-|||-Al 5.65 33 Cu-|||-WCu /%

考查要点：本题主要考查Al-Cu二元合金在不平衡凝固条件下的固相成分计算、共晶体体积分数确定及浓度分布曲线绘制，需结合相图数据与正常凝固方程。

解题核心思路：

1. 凝固始端固相成分：利用正常凝固方程，结合初始液相成分和分配系数计算。
2. 共晶体体积分数：通过杠杆定律，计算从初始成分到共晶成分的凝固路径比例。
3. 浓度分布曲线：根据凝固过程中液相成分变化，绘制固相中溶质浓度沿铸锭长度的分布。

破题关键点：

• 分配系数的确定：由相图中固相线与液相线在共晶点的斜率比值确定。
• 凝固路径分析：明确合金成分处于亚共晶区，凝固过程分为初晶Al和共晶体两个阶段。

凝固始端固相成分计算

1. 确定初始液相成分：合金初始Cu质量分数为$W_{Cu}=2\%$，即$C_0=0.02$。
2. 分配系数计算：
   分配系数$k_0$为共晶点固相线与液相线斜率之比。
   共晶点固相Cu含量$W_{Cu}^{\text{固}}=5.65\%$，液相$W_{Cu}^{\text{液}}=5.65\%$，但需结合相图实际数据修正。
   根据相图，$k_0=\frac{5.65}{33}$（此处33%为固相中Cu的极限溶解度）。
3. 代入正常凝固方程：
   $C_s = k_0 \cdot C_0 = \frac{5.65}{33} \cdot 0.02 \approx 0.34\%$。

共晶体体积分数确定

1. 凝固路径分析：合金成分$W_{Cu}=2\%$低于共晶点$5.65\%$，属于亚共晶合金。
2. 杠杆定律应用：
   共晶体体积分数$\phi_{\text{共晶}} = \frac{W_{Cu}^{\text{初始}}}{W_{Cu}^{\text{共晶}}} = \frac{2}{5.65} \approx 35.4\%$。

溶质浓度分布曲线

1. 初晶阶段：固相Cu浓度从$0.34\%$逐渐增加至共晶浓度$5.65\%$。
2. 共晶阶段：固相Cu浓度恒定为$5.65\%$。
3. 曲线特征：呈“S”型，初晶区浓度渐增，共晶区浓度恒定。