固溶体是合金的重要组成相，实际合金多是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。
必备知识
（2）固溶体的分类是根据溶质原子在溶剂 晶格中所处位置不同，固溶体分为间隙固溶 体和置换固溶体。 ①间隙固溶体。溶质原子填入溶剂晶格的空 隙位置所形成的固溶体，如图所示。由于溶 剂的晶格间隙有限，因此间隙固溶体都是有 限固溶体。例如，碳原子溶解于铁的晶格中 形成的铁素体、奥氏体。
在金属或合金中，由于形成条件的不同，各种相将以不同的数量、形状、大小相互组 合，因而我们在不同的放大倍数的显微镜下观察，将可以观察到金属或合金具有各种不同 的相结构。这种在显微镜下观察到的金属材料的各种晶粒的显微形态，即晶粒的形状、大 小、数量和分布等情况称为显微组织或金相组织，简称组织。
必备知识
合金具有良好的物理、化学和力学性能，一般情况下，硬度比其组元中任一金属的硬度 大，熔点比各个组元金属低；导电性和导热性低于任一组元， 利用合金的这一特性可以 制造高电阻和高热阻材料，还可以制造有特殊性能的材料；合金的性能可以通过所添加的 合金元素的种类、含量和生成条件等来加以调节，加入不同的合金元素，可以改变合金的 硬度、强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等，用于开发新材料。并且，可以通过热 处理改善合金的性能。所以，实际生产中合金获得了广泛的应用。
思考与练习
1.什么是合金？什么是合金中的组元和相？合金与纯金属有何区别？ 2.什么是合金的组织？合金组织的基本类型有哪些？特点如何？ 3.什么是固溶体？分哪几类？性能如何？ 4.什么是固溶强化？ 5.为什么说合金的组织决定了它的性能？ 6.什么是金属化合物？它有什么特点？
必备知识
相是指纯金属或合金中结构、化学成分和性能相同且与其他部分有明显界面分开的均 匀组成部分。包括固溶体、金属化合物及纯物质(如石墨)。例如，纯金属在固态时是一个 相（固相）；当温度升高到熔点，固态金属开始熔化成液态，在熔化过程中，固态与液态 共存，两者被界面分开，是液相与固相共存的两相混合物；当温度高于熔点时，则成为单 相的液态金属（液相）。而合金由于组元之间的相互作用，则可能形成更多不同的相。合 金的性能一般是由组成合金的各相的性能、数量和组合情况所决定。
固态金属的特性主要是不透明、有光泽、有延展性、有良好的导电性和导热性，且具 有良好的塑性和韧性。
总结提升
2.合金的组织结构和性能 合金是由两种或两种以上的金属元素（或者金属与非金属）组成的具有金属特性的物质。 合金由于在纯金属的基础上加入了其他的元素，所以原子排列受到了影响。合金中的组织 结构类型主要有固溶体和金属化合物两大类。固溶体是组元之间相互溶解而形成的均匀固 相，它是合金中的主要组成相。金属化合物是组元之间发生相互作用而形成的具有金属特 性的新相，一般用分子式表示，是合金中的强化相，其熔点高、硬度高、脆性大。
子有定比，并可用分子式表示其组成。金属化合物的性能也不同于组成它的组元，具有熔点高、硬度 高和脆性大的特点。因此单相化合物合金在工程上不能直接使用。金属化合物存在于各类合金（合金 钢、硬质合金、有色金属）中一般起强化作用，使合金的强度、硬度、耐磨性及耐热性提高，但塑性 和韧性会降低。因此，金属化合物是金属材料中不可缺少的强化相。
总结提升
1.纯金属的组织结构和性能 纯金属的原子排列具有规律性，在空间有一定的排列方式，典型金属晶格类型主要有三
种，即体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。而实际晶体结构中原子排列规律不 是那么规则完整，由于结晶条件、原子热运动等因素的影响，会导致某些区域的原子排列 受到干扰和破坏，产生三类晶体缺陷，即点缺陷（主要有空位和间隙原子）、线缺陷（主 要有各种类型的位错）、面缺陷（主要有晶界和亚晶界）。这些缺陷使纯金属的晶格处于 畸变状态，直接影响到金属的性能。
必备知识
一、合金的基本概念 我们把基本上由一种金属元素组成的材料或物质称为纯金属。 合金是指由两种或两种以上的金属元素（或者金属与非金属）通过熔合（或烧结）在
一起而具有金属特性的物质称为合金。例如，黄铜是铜和锌组成的，碳钢和铸铁都是铁和 碳组成的。
组成合金的最基本的、独立的单元叫做组元。通常组元就是组成合金的元素，有时也可 以是稳定化合物。按组元的数目不同，合金可以分为二元合金、三元合金和多元合金。由 两个组元组成的合金叫做二元合金；由三个组元组成的合金叫做三元合金；由三个以上组 元组成的合金叫做多元合金。由给定组元按不同比例配制一系列不同成分的合金，构成一 个合金系。例如，铁碳合金（包括碳钢和铸铁）。
化合物的结构
必备知识
3.混合物 当组成合金的组元不能完全溶解或完全化合时，则形成由两相或多相按一定的质量百
分数组成的组Βιβλιοθήκη ，这种组织称为混合物。它是由固溶体与固溶体或固溶体与金属化合物所 组成的多相组织。各组成相保持独立的晶格结构。混合物的性能取决定于各组成相的性能， 以及它们的数量、大小和分布状态。
二、合金的组织 根据构成合金各组元之间相互作用的不同，合金组织可分为固溶体、金属化合物和机械混 合物。 1.固溶体
（1）固溶体是指合金在固态下，组元之间能够相互溶解而形成的均匀固相。它是在一 种组元的晶格上分布着另外一种或几种组元的原子，在各组元中与固溶体晶格类型相同的 组元称为溶剂，含量较多，其他组元称为溶质。组成这类合金的组元在液态能相互溶解， 习惯以α、β、γ 表示。
课题一 合金的相及组织的基本类型
案例导入
纯金属组织和合金组织有什么区别？实际生产中获得广泛应用的为什么是合金？
（a）纯金属的组织
（b）合金的组织
案例分析
纯金属含有单一的成分，种类有限，提炼困难，机械性能又较低，无法满足 人们对金属材料提出的多品种和高性能的要求。工业生产上通过配制各种不 同成分的合金，可以显著改变金属材料的结构、组织和性能，能满足实际生 活与生产中的各种需求。因此，同纯金属相比，合金材料的应用要广泛得多。 碳钢、合金钢、铸铁、黄铜和硬铝等常用材料都是合金。
间隙固溶体
必备知识
②置换固溶液。溶质原子占据溶剂晶格结点位 置所形成的固溶体称为置换固溶体，如图所示。 按溶解度的不同，置换固溶体又可分为有限固 溶体和无限固溶体。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。
置换固溶体
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（3）固溶体的性能。固溶体形成之后，虽然保持了溶剂的晶格类型，但是由于溶质原子 的溶入，将会使溶剂原子的晶格常数发生变化，从而引起溶剂的晶格发生变形，变得不再 规则，这种变化称为晶格畸变。晶格畸变会增加金属材料的变形抗力，因而导致材料的强 度、硬度的提高。这种通过溶质原子的加入形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高， 塑性、韧性降低的现象称为固溶强化。
实践证明，只要适当控制固溶体中溶质的含量，就能在显著提高金属材料强度的同时 仍能保持材料较高的塑性和韧性，固溶强化是提高金属材料力学性能的主要途径之一。
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2.金属化合物 在合金中，当溶质的含量超过溶解度时，合金组元之间会发生相互作用而形成一种新相，这种新
相是一种晶格类型和性能完全不同于任一组元，这种具有一定的金属特性的化合物，叫做金属化合物。 金属化合物的晶格类型与组成它的组元的晶格类型完全不同，一般比较复杂，如图所示。组成原