合金是指由两种或两种以上元素 （一种合金元素和另一种其他元素或几种其他元素）组成的具有金属特性的物质，如黄铜就是铜和锌的合金。组元是指组成合金的最基本的单元，其可以是合金元素、非金属元素或稳定化合物。工程上常用的铁碳合金就是二元合金，也就是由两个组元Fe和C组成的合金。合金的力学性能、物理性能和化学性能都具有一定的优势，因此被广泛应用。而相是指金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。液相是指液态物质，固相是指固态物质。固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。
材料史话
镍基合金是20世纪30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金。Nimonic75（Ni-20Cr-0.4Ti）为了提高蠕变强度又添加了铝，研制出Nimonic80（Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al）。美国于20世纪40年代中期、苏联于40年代后期、中国于50年代中期先后研制出了镍基合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃。
固溶体
固溶体是指合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相。溶剂是指在合金中含量较多，并与固溶体晶格相同的组元。溶质是指含量较少、与固溶体晶格不同的组元。习惯以α、β、γ表示。如黄铜就是铜和锌的合金，即在锌中溶入铜形成的固溶体，用α或Cu（Zn）来表示。固溶体是合金的重要组成相，实际合金大都是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。固溶体按溶质原子所处位置分为置换固溶体和间隙固溶体。
1.置换固溶体
置换固溶体是指溶质原子占据溶剂晶格某些节点位置所形成的固溶体，可分为无序固溶体和有序固溶体。溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的称有序固溶体（图3-1）。
图3-1 置换固溶体
（a）有序固溶体；（b）无序固溶体
2.间隙固溶体
间隙固溶体是指溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。而且形成间隙固溶体的一般规律为r质／r剂＜0.59。间隙固溶体都是无序固溶体。
固溶体的溶解度是指溶质原子在固溶体中的极限浓度。溶解度有一定限度的固溶体称有限固溶体。组成元素无限互溶的固溶体称无限固溶体。组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。而间隙固溶体都是有限固溶体。固溶强化是指随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性下降。产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用。固溶体与纯金属相比，其强度、硬度高，塑性、韧性低；但与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性则要高得多。
金属化合物
金属化合物是指合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相。金属化合物具有较高的熔点、硬度和脆性，并可用分子式表示其组成，如铁碳合金中的渗碳体Fe3C （图3-2）。当合金中出现金属化合物时，可提高其强度、硬度和耐磨性，但会降低其塑性。金属化合物也是合金的重要组成相。
图3-2 铁碳合金中的渗碳体
练习与实践
一、名词解释
合金 固溶体 金属化合物 间隙固溶体 固溶强化
二、简述与实践题
1.固溶强化产生的原因是什么？
2.固溶体按溶质原子所处位置分为哪两种？各自有什么特点？
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