第1章金属的结构与性能 合金的元素,也可以是稳定的化合物。当不同的组元经熔炼或烧结组成合金时,这些组元 间由于物理的或化学的相互作用,形成具有一定晶体结构和一定成分的相。相是指合金中 结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。由一种固相组成的合金称为单 相合金,由几种不同相组成的合金称为多相合金。 不同的相具有不同的晶体结构,虽然相的种类极为繁多,但根据相的晶体结构特点可 以将其分为固溶体和金属化合物两大类。如果在合金相中,组成合金的异类原子能够以不 同比例均匀混合,相互作用,其晶体结构与组成合金的某一组元相同,这种合金相就叫做 固溶体。如果在合金相中,组成合金的异类原子有固定的比例,而且晶体结构与组成组元 均不相同,则这种合金相叫做化合物或中间相。 12.1固溶体 所谓固溶体是指合金的组元之间以不同的比例相互混合,混合后形成的固相的晶体结 构与组成合金的某一组元的相同,这种相就称为固溶体,这种组元称为溶剂,其他的组元 即为溶质。固溶体成分可以在一定范围内变化,在相图上表现为一个区域。固溶体在结构 上的特点是必须保持溶剂组元的点阵类型。所以如果溶剂是金属,那么这一类相的结构类 型应和纯金属的结构类型完全一致,纯金属结构有哪些类型,固溶体也应有哪些类型,即 固溶体本身没有独立的点阵类型。但应指出,尽管结构类型不变,但具体结构还是有所变 化的。例如,当组元的原子尺寸不同时会引起的点阵畸变,原子尺寸相差越大,引起的畸 变也越大。 除一些特殊用途的材料外,工业合金绝大部分都是以固溶体作为基体的,有的甚至完 全由固溶体所组成。例如:产量很大、用途很广的普通碳钢和低合金钢,其组织中固溶体 的含量至少在85%以上,甚至可多达98%以上;a黄铜中,除了杂质外,几乎100%是固溶 体,由此可见对固溶体的研究具有很重要的实际意义 1.固溶体的分类 1)按溶剂分类 (1)一次固溶体:以纯金属组元作为溶剂的固溶体称为一次固溶体,也叫边际固溶体 若不加说明,通常所说的固溶体即指这一类而言。如上节所述,这类固溶体的结构类型必 须与其纯金属组元之一的结构相同。 (2)二次固溶体:以化合物为溶剂的固溶体称二次固溶体,或叫中间固溶体。许多金 属化合物虽可用分子式来表达,但它们的化学成分仍可以在一定范围内变化,特别是金 属性较强的化合物,如电子化合物、间隙相、拉弗斯相等,它们的成分变化范围很大, 而且有的甚至按分子式的成分根本不能独立存在,如CuAl2。所有这些情况,都是由于化 合物能够溶解它自己的组元而组成固溶体的缘故。这在许多合金系中是普遍存在的现象。 另外,有的化合物和化合物之间,也可以相互溶解而组成固溶体,如Fe3C和Mn3C,TiC 和TN等 2)按固溶度(溶解度)分类 (1)有限固溶体:在一定条件下,溶质组元在固溶体内的浓度只能在一个有限度的范 围内变化,超过这个限度后即不能再溶解了,这个限度叫固溶极限,也叫固溶度或溶解度,第 1 章 金属的结构与性能 ·11· ·11· 合金的元素，也可以是稳定的化合物。当不同的组元经熔炼或烧结组成合金时，这些组元 间由于物理的或化学的相互作用，形成具有一定晶体结构和一定成分的相。相是指合金中 结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。由一种固相组成的合金称为单 相合金，由几种不同相组成的合金称为多相合金。 不同的相具有不同的晶体结构，虽然相的种类极为繁多，但根据相的晶体结构特点可 以将其分为固溶体和金属化合物两大类。如果在合金相中，组成合金的异类原子能够以不 同比例均匀混合，相互作用，其晶体结构与组成合金的某一组元相同，这种合金相就叫做 固溶体。如果在合金相中，组成合金的异类原子有固定的比例，而且晶体结构与组成组元 均不相同，则这种合金相叫做化合物或中间相。 1.2.1 固溶体 所谓固溶体是指合金的组元之间以不同的比例相互混合，混合后形成的固相的晶体结 构与组成合金的某一组元的相同，这种相就称为固溶体，这种组元称为溶剂，其他的组元 即为溶质。固溶体成分可以在一定范围内变化，在相图上表现为一个区域。固溶体在结构 上的特点是必须保持溶剂组元的点阵类型。所以如果溶剂是金属，那么这一类相的结构类 型应和纯金属的结构类型完全一致，纯金属结构有哪些类型，固溶体也应有哪些类型，即 固溶体本身没有独立的点阵类型。但应指出，尽管结构类型不变，但具体结构还是有所变 化的。例如，当组元的原子尺寸不同时会引起的点阵畸变，原子尺寸相差越大，引起的畸 变也越大。 除一些特殊用途的材料外，工业合金绝大部分都是以固溶体作为基体的，有的甚至完 全由固溶体所组成。例如：产量很大、用途很广的普通碳钢和低合金钢，其组织中固溶体 的含量至少在 85%以上，甚至可多达 98%以上；α 黄铜中，除了杂质外，几乎 100%是固溶 体，由此可见对固溶体的研究具有很重要的实际意义。 1. 固溶体的分类 1) 按溶剂分类 (1) 一次固溶体：以纯金属组元作为溶剂的固溶体称为一次固溶体，也叫边际固溶体。 若不加说明，通常所说的固溶体即指这一类而言。如上节所述，这类固溶体的结构类型必 须与其纯金属组元之一的结构相同。 (2) 二次固溶体：以化合物为溶剂的固溶体称二次固溶体，或叫中间固溶体。许多金 属化合物虽可用分子式来表达，但它们的化学成分仍可以在一定范围内变化，特别是金 属性较强的化合物，如电子化合物、间隙相、拉弗斯相等，它们的成分变化范围很大， 而且有的甚至按分子式的成分根本不能独立存在，如 CuAl2。所有这些情况，都是由于化 合物能够溶解它自己的组元而组成固溶体的缘故。这在许多合金系中是普遍存在的现象。 另外，有的化合物和化合物之间，也可以相互溶解而组成固溶体，如 Fe3C 和 Mn3C，TiC 和 TiN 等。 2) 按固溶度(溶解度)分类 (1) 有限固溶体：在一定条件下，溶质组元在固溶体内的浓度只能在一个有限度的范 围内变化，超过这个限度后即不能再溶解了，这个限度叫固溶极限，也叫固溶度或溶解度