合金的相結構

來自艾特貿易網置換固溶體

合金的相結構合金在液態時各組元相互溶解，只有一種液相。合金在固態下，由於各組元相互作用不同，可能形成不同的相結構。合金的基本相結構可分為兩大類：固溶體和金屬化合物。

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固溶體

合金在固態下一種組元的晶格內溶解了另一種元素的原子，形成的晶體相稱為固溶體。固溶體是單相，它是合金的一種基本相結構。合金中與固溶體晶格相同的組元為溶劑，在合金中含量較多；另一組元為溶質，含量較少。按溶質溶解度的不同，固溶體可分為無限固溶體和有限固溶體；按溶質原子在溶劑晶格中所處位置的不同，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。

來自艾特貿易網間隙固溶體結構示意圖

置換固溶體

當溶質原子代替一部分溶劑原子占據溶劑晶格中的一些結點位置時，所形成的固溶體相稱為置換固溶體，如圖所示。在置換固溶體中，溶質在溶劑中的溶解度主要取決於兩者原子直徑的差別、它們在周期表中的相互位置和晶格類型。一般說來，溶質原子和溶劑原子的直徑差別越小，則溶解度越大；兩者在周期表中位置越靠近，則溶解度也越大。如果上述條件很好地滿足，而且固溶體溶質與溶劑的晶格結構也相同，則這些組元往往能無限互溶，即可以任何比例形成置換固溶體，這種固溶體稱為無限固溶體。鐵和鉻、銅和鎳便能形成無限固溶體。反之，若不能很好滿足上述條件，則溶質在溶劑中的溶解度是有限的，這種固溶體稱為有限固溶體，如銅和鋅、銅和錫都形成有限固溶體。有限固溶體的溶解度還與溫度有密切關係，一般溫度越高，溶解度越大。

間隙固溶體

當溶質原子在溶劑晶格中不占據結點位置，而是嵌入各結點之間的空隙內形成的固溶體稱為間隙固溶體，如圖所示。該固溶體中的溶質元素大多是原子直徑較小的非金屬元素（如碳、硼、氮等）。

固溶體隨着溶質原子的溶入，晶格發生畸變，如圖4-3所示。晶格畸變增大位錯運動的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強度和硬度。這種通過形成固溶體使金屬強度和硬度提高的現象稱為固溶強化。固溶強化是金屬強化的一種重要機制。在溶質含量適當時，可顯著提高材料的強度和硬度，而塑性和韌性沒有明顯降低。

來自艾特貿易網形成固溶體時的品格畸變 a)置換固溶體b）間隙固溶體

金屬化合物

金屬化合物是指合金中各組元原子按一定比例結合而成的晶體相。金屬化合物的晶體結構不同於任一組元，一般具有複雜的晶體結構，有較高的熔點，硬而脆。在合金中，它是一種強化相，通常能提高合金的強度、硬度及耐磨性，但使其塑性、韌性顯著降低，故金屬化合物一般作為金屬材料中的重要強化相。

在合金中常會遇到機械混合物，它是合金中的一類多相混合組織。不同的固溶體、固溶體與純組元，或固溶體與金屬化合物等均可組成機械混合物。在機械混合物中，各組成相仍保持着它原有的晶格類型和性能，而機械混合物的性能介於各組成相性能之間，並由其各自的形狀、大小、數量及分布而定。工業上大多數合金屬於機械混合物組成的合金，它們往往比單一固溶體具有更高的強度和硬度，特別是在固溶體基體上分布均勻細小的金屬化合物時，強度和硬度的提高更為顯著。

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第八章-P295-圖8.25 固溶體的非平衡結晶