合金是指兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)，或用其他方法組合而成的具有金屬特征的物質(zhì)。合金具有較高的強(qiáng)度、硬度以及某些優(yōu)異的物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能，且價(jià)格相對低廉，是工業(yè)上廣泛使用的金屬材料。

組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。一般來說，組元就是組成合金的元素，但有時(shí)也可將穩(wěn)定的化合物作為組元，如鐵碳合金中的Fe3C。合金中化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)相同，與其他組成部分有界面分開的獨(dú)立均勻的組成部分稱為“相”。

相圖是對合金材料性質(zhì)進(jìn)行研究和開發(fā)的非常有用的工具，對材料的生產(chǎn)加工也具有指導(dǎo)作用，通過本章對相圖知識(shí)的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握和了解相圖的建立方法，運(yùn)用相律和杠桿定律對典型相圖（勻晶相圖、共晶相圖、包晶相圖）進(jìn)行分析，掌握共晶反應(yīng)、勻晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)的特點(diǎn)。

合金的相結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)是合金中的晶體結(jié)構(gòu)。根據(jù)合金中各元素間的相互作用，合金中的相可分為固溶體、金屬化合物兩類。

一、固溶體

合金中一組元作為溶質(zhì)固溶在另一組元溶劑的晶格中，并保持溶劑晶格類型的金屬固相，稱之為固溶體。一般含量多者為溶劑，含量少者為溶質(zhì)。例如，鋼組織中的鐵素體相就是碳在體心立方晶格α-Fe中的固溶體。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占位置，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體兩種類型。

1．置換固溶體

溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格部分結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體稱為置換固溶體。按溶質(zhì)固溶度不同，置換固溶體又可分為有限固溶體和無限固溶體兩種。其固溶度主要取決于組元閭的晶格類型、原子半徑和原子結(jié)構(gòu)。實(shí)踐證明，大多數(shù)合金只能有限固溶，且固溶度隨著溫度的升高而增大。只有兩組元晶格類型相同、原子半徑相差很小時(shí)，才可以形成無限固溶體。

2．間隙固溶體

溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格的間隙而形成的固溶體稱為間隙固溶體。由于溶劑晶格的間隙有限，間隙固溶體只能有限固溶溶質(zhì)原子，只有在溶質(zhì)原子與溶劑原子半徑的比值小于0.59時(shí)，才能形成間隙固溶體。間隙固溶體的固溶度與溫度、溶劑溶質(zhì)原子半徑比值和溶劑品格類型等有關(guān)。

無論是置換固溶體，還是間隙固溶體，異類原子的插入都將使固溶體晶格發(fā)生畸變，增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使固溶體的強(qiáng)度、硬度提高。這種通過溶入溶質(zhì)原子形成固溶體，從而使合金強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬材料的重要途徑之一。

實(shí)踐證明，只要適當(dāng)控制固溶體中溶質(zhì)的含量，就能在顯著提高金屬材料強(qiáng)度的同時(shí)仍然使其保持較高的塑性和韌性。

二、金屬化合物

金屬化合物是指合金組元間發(fā)生相互作用而形成的具有金屬特性的合金相。例如鐵碳合金中的滲碳體就是鐵和碳組成的化合物Fe3C，金屬化合物具有與其構(gòu)成組元晶格截然不同的特殊晶格，熔點(diǎn)高，硬而脆。合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，通常能顯著地提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但塑性和韌性也會(huì)明顯降低。