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。
§3.1 固态合金中的相结构 体心立方晶格的八面体间隙
§3.1 固态合金中的相结构
间隙固溶体的结构示意图
形成间隙固溶体的一般规律为:
r质/r剂<0.59
C、N、H、 B、O
§3.1 固态合金中的相结构
b. 具有复杂结构的间隙化合物
—当r非/r金>0.59时形成复杂 结构间隙化合物。
如FeB、Fe3C、Cr23C6等。Fe3C称渗 碳体，是钢中重要组成相，具有 复杂斜方晶格。
化合物也可溶入其它元素原子， 形成以化合物为基的固溶体。
Fe3C的晶格
高温合金中的Cr23C6
§3.1 固态合金中的相结构
Solid Gas
Temperature
水的相图
§3.1 固态合金中的相结构
固态合金中的相分为固溶体和金属间化合物两类。
黄铜置换固溶体组织
铁碳合金中的Fe3C
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.2 固溶体（Solid Solution）
与液态的溶液一样，我们可以把一种金属元素原子“溶解” 入另一种固态金属中。
Cu-Ni置换固溶体 Fe-C间隙固溶体
§3.1 固态合金中的相结构
1. 置换固溶体：
溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。 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。
黄铜置换固溶体组织
§3.1 固态合金中的相结构
2. 间隙固溶体:
溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形 成的固溶体。
尺寸因素: 对于置换固溶体，溶质、溶 剂原子间的尺寸相差越小，溶解度越大。 对于间隙固溶体，溶质原子越小，溶解 度越大。
电负性因素: 电负性相差越大，越不利 固
于形成固溶体。
溶 体
晶体结构因素：晶格类型相同的置换固 溶体，才有可能形成无限固溶体。
间隙固溶体都是有限固溶体。
Cu-Ni无限固溶体
化 合 物 Cu-Zn有限固溶体
学习难点：
准确区分相、组织、相组成物、组织组成物。
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.1 相的概念
1. 合金:
是指由两种或两种以上元素组成的 具有金属特性的物质。
2. 合金系:
黄铜
由给定的两个或两个以上的组元按
不同比例配制成的合金总称。
组成合金的元素可以是全部是金属，也 可是金属与非金属。
Al-Cu两相合金
§3.1 固态合金中的相结构
形成无限固溶体的原子置换示意图
§3.1 固态合金中的相结构
4. 固溶体的性能
随溶质含量增加, 固溶体的强 度、硬度增加, 塑性、韧性下 降—固溶强化。
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。
与纯金属相比，固溶体的强度、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。
a. 间隙相：r非/r金0.59, 具有简单晶
格结构的间隙化合物。如 M4X (Fe4N)、 M2X (Fe2N、 W2C)、 MX (TiC、VC、TiN)等。 间隙相具有金属特征和极高的硬 度及熔点，非常稳定。 部分碳化物和所有氮化物属于间 隙相。
VC的晶体结构
§3.1 固态合金中的相结构
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.3 金属间化合物（Intermetallic Compound）
合金中其晶体结构与组 成元素的晶体结构均不相同 的固相称金属化合物。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。
铁碳合金中的Fe3C
§3.1 固态合金中的相结构
1. 正常价化合物—符合正常原 子价规律。如Mg2Si
合金在固态时,组元之间相互溶解，形成在某一组元的晶 格中包含有其他组元原子的新相称为固溶体。
与合金晶体结构相同的元素称溶剂；其它元素称溶质。
§3.1 固态合金中的相结构
3.1.2 固溶体（Solid Solution）
按溶质原子在晶格中所处位置分 为置换固溶体和间隙固溶体。
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。
3. 金属间化合物的主要性能
具有一定程度的金属性质； 具有较高的熔点； 硬度较高； 脆性高。
两合相金
§3.1 固态合金中的相结构
相的基本属性
一致的晶体结构和原子排列方式； 相同的物理、化学性能； 与周围的非同相物质之间有确定的界面； 不同的相可予以机械性分离。
§3.1 固态合金中的相结构
一杯冰水有两相 液相 固相
一碟椒盐也有两相 食盐 花椒
Pressure
Liquid
工程材料学
南京航空航天大学 梁文萍
第三章 合金的相结构与二元合金相图
§3.1 固态合金中的相结构 §3.2 二元合金相图的建立 §3.3 匀晶相图及平衡结晶过程 §3.4 二元共晶相图 §3.5 二元包晶相图 §3.6 其他类型的二元合金相图 §3.7 相图与性能的关系
学习要求和难点
学习重点：
1. 固态合金的相结构分类、形成条件和特点。 2. 三种典型二元合金相图特点、结晶过程。 3. 杠杆定律及其应用。 4. 运用相图分析合金的性能。
3. 固溶体的溶解度:
溶质原子在固溶体中的极限浓度。
c
溶质元素的质量 固溶体的总质量
100％
例:
(1)Cu_Ni无限互溶；
溶解度有限度的固溶体称有限固溶体。(2)Cu_Zn溶解度有限； 组元无限互溶的固溶体称无限固溶体。(3)Cu_Pb几乎不溶。
§3.1 固态合金中的相结构
影响固溶体溶解度的主要因素：
§3.1 固态合金中的相结构
3. 相(Phase):
ห้องสมุดไป่ตู้
单合相金
是指金属或合金中成分、结构
和性能相同，并与其它部分有界面
分开的均匀组成部分。
4. 显微组织(Microstructure): 是指在显微镜下观察到的材料
内部所具有的形态特征，即金属中 各相或各晶粒的形态、数量、大小 和分布的组合。
组成合金的元素相互作用可形成不同的相。
2. 电子化合物—符合电子浓度 规律。如Cu3Sn。 电子浓度为价电子数与原子 数的比值。
Al-Mg-Si合金中的Mg2Si Pb基轴承合金中的电子化合物
§3.1 固态合金中的相结构
3. 间隙化合物
—由过渡族元素与C、N、B、H等小原子半径的非金 属元素组成。
碳 化 钒 的 结 构
§3.1 固态合金中的相结构