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材料科学
题目

一个二元共晶反应如下: L(75%B)→α(15%B)+β(95%B) (1)含50%B的合金凝固后求: ①初晶α与共晶体(α+β)的质量百分数; ②α相与β相的质量百分数。 (2)若共晶反应后β初晶和(α+β)共晶各占一半,求该合金的成分。

一个二元共晶反应如下:
L(75%B)→α(15%B)+β(95%B)
(1)含50%B的合金凝固后求:
①初晶α与共晶体(α+β)的质量百分数;
②α相与β相的质量百分数。
(2)若共晶反应后β初晶和(α+β)共晶各占一半,求该合金的成分。

题目解答

答案

答案:



解析

考查要点:本题主要考查二元共晶相图的应用,包括杠杆法则的使用、初晶与共晶体的质量分数计算,以及过共晶合金成分的确定。

解题核心思路:

  1. 共晶反应特点:共晶反应生成两相的共晶体,其成分固定为共晶点成分。
  2. 杠杆法则:用于计算合金中初晶与共晶体的比例,需明确合金成分与共晶点的位置关系。
  3. 过共晶合金:当合金成分位于共晶点右侧时,初晶为β相,剩余液体形成共晶体,需通过质量平衡建立方程。

破题关键点:

  • 判断合金位置:合金成分是否在共晶点左侧(正常凝固)或右侧(过共晶)。
  • 分步计算:先求初晶比例,再求共晶体内部相组成,最后综合计算总相组成。

(1) 含50%B的合金凝固后

① 初晶α与共晶体的质量百分数

步骤1:判断合金位置
合金成分50%B位于共晶点75%B左侧,初晶为α相,共晶体为α+β。

步骤2:应用杠杆法则
初晶α的质量分数:
$W_{\alpha} = \frac{75\% - 50\%}{75\% - 15\%} \times 100\% = \frac{25}{60} \times 100\% \approx 42\%$
共晶体质量分数:
$W_{\alpha+\beta} = 100\% - 42\% = 58\%$

② α相与β相的质量百分数

步骤1:计算共晶体内部组成
共晶体中α和β的比例由共晶点决定:
$W_{\alpha}^{\text{共晶}} = \frac{95\% - 75\%}{95\% - 15\%} \times 100\% = \frac{20}{80} \times 100\% = 25\%$
$W_{\beta}^{\text{共晶}} = 100\% - 25\% = 75\%$

步骤2:综合初晶与共晶相组成
总α相质量分数:
$W_{\alpha} = W_{\alpha}^{\text{初晶}} + W_{\alpha+\beta} \times W_{\alpha}^{\text{共晶}} = 42\% + 58\% \times 25\% \approx 56\%$
总β相质量分数:
$W_{\beta} = 100\% - 56\% = 44\%$

(2) 过共晶合金成分计算

步骤1:分析相组成
合金成分X位于共晶点75%B右侧,初晶为β相,共晶体为α+β。

步骤2:建立质量平衡方程
初晶β占50%,共晶占50%。合金总B含量X为:
$X = 0.5 \times 95\% + 0.5 \times 75\% = 85\%$

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