由於純金屬的機械效能比較低，很難滿足機械製造業對材料效能的要求，尤其是一些特殊效能如高強度、耐熱、耐蝕、導磁、低膨脹等的要求，加上它冶煉困難，**昂貴，所以在工業生產中廣泛使用的金屬材料主要是合金。
合金的效能比純金屬的優異，主要是因為合金的結構與組織與純金屬不同，而合金的組織是合金結晶後得到的，合金相圖就是反映合金結晶過程的重要資料，也是制訂各種熱加工工藝的重要理論依據，所以本章著重介紹合金的結構與相圖。
第一節固態合金中的相結構
相：指具有相同結構，相同成分和效能（也可以是連續變化的）並以介面相互分開的均勻組成部分，如液相、固相是兩個不同的相，合金在室溫時只有乙個相組成的合金稱為單相合金，由兩個相組成的合金稱為兩相合金。由多個相組成的合金稱為多相合金。
組織：指用肉眼或顯微鏡觀察到的材料內部形貌影象，一般用肉眼觀察到的稱為巨集觀組織，用顯微鏡放大後觀察到的組織稱為微觀組織。
材料的組織是由相組成的，當組成相的數量、大小、形態和分布不同時，其組織也就不同。從而導致其效能不同，因此可以通過改變合金的組織來改變合金的效能。
合金：是由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經熔煉、燒結或用其他方法製成的具有金屬特性的物質。
合金系：由給定的若干組元按不同的比例配製成的一系列不同成分的合金，為乙個合金系統，簡稱為合金系。如由a、b兩個組元配製成的稱為a-b二元系，同樣由三個組元或多個組元配製成的稱為三元系合金或多元系合金，本章主要介紹二元系合金的有關知識。
由於組成合金的各組元的結構和性質不同，因此它們在組成合金時，它們之間的相互作用也就不同，所以它們之間可以形成許多不同的相。但按這些相的結構特點，可以將它們分為兩大類：即固溶體和金屬間化合物。
固溶體的主要特點是：其晶體結構與溶劑組元的相同；而金屬間化合物的主要特點是其晶體結構與兩組元的結構均不相同，而是一種新的晶體結構。
一、固溶體
1、固溶體
由兩種或兩種以上組元在固態下相互溶解，而形成得具有溶劑晶格結構的單一的、均勻的物質。
溶劑：固溶體中含量較多的並保留原有晶格結構的組元稱為溶劑。
溶質：固溶體中含量較少的並失去原有晶格結構的組元稱為溶質。
2、固溶體的分類
固溶體的分類方法很多，下面簡單介紹幾種：
（1）按溶質原子佔據的位置不同分：
置換固溶體：溶質原子佔據溶劑晶格中某些結點位置而形成的固溶體。見圖2-1，它主要在金屬元素之間形成。
間隙固溶體：是溶質原子佔據溶劑晶格間隙而形成的固溶體，見圖2-1，它主是由原子半徑很小（<0.1nm）的非金屬元素氫、氧、氮、碳、硼與金屬元素之間形成。
圖2-1 固溶體的兩種型別
（2）按溶質原子的溶解度分
有限固溶體
有限固溶體是溶質原子在溶劑晶格中的溶解量具有一定的限度，超過該限度，它們將形成其它相。一般發現隨溫度的公升高，固溶體的溶解度增大，隨溫度的降低固溶體的溶解度減小。這樣在高溫時具有較大溶解度的固溶體到低溫時會從中析出新相（多餘的溶質與部分溶劑所形成）。
無限固溶體
溶質能以任意比例溶入溶劑所形成的固溶體，其溶解度可達100%，即兩組元可連續無限置換。只有置換固溶體有可能形成無限固溶體，當兩組元具有相同的晶格型別，並且原子尺寸相差不大，負電性相近（在元素週期表中比較靠近）時，才可能形成無限固溶體。即使形成有限固溶體，它們之間的溶解度也較大。
（3）按溶質原子在晶格中的分布狀態分
無序固溶體：溶質原子佔據溶劑晶格結點的位置是隨機的，任意的和不固定的。
有序固溶體：溶質原子只佔據溶劑晶格結點的某幾個固定位置，這樣的固溶體也稱為超結構或超點陣。
有序化轉變：有序固溶體無序固溶體，在一恆溫下轉變，該臨界溫度稱為有序化轉變溫度。
一般當溶質與溶劑原子數成一定比例時，形成的固溶體在緩慢冷卻時，易發生有序化轉變。如銅金合金，當原子比為1:1（50%cu，50%au，在385℃）或3:
1（75%cu，25%au，在390℃）時在緩冷到一定溫度時由無序轉化為有序。
固溶體由無序轉變為有序，將使合金的效能發生明顯的變化，如硬度↑，脆性↑，塑性↓，電阻↓等。
3、固溶體的效能
（1）機械效能：產生固溶強化
固溶強化：隨溶質原子濃度強化的增加，固溶體強度、硬度公升高，而塑性、韌性稍有降低的現象。固溶強化是金屬材料的重要途徑之一，它在生產中得到廣泛應用，幾乎生產中使用的絕大部分合金材料都是以固溶體作為主體相（基體相）。
例如，南京長江大橋的建築中，大量採用的含錳為wmn=1.30%~1.60%的低合金結構鋼，就是由於錳的固溶強化作用提高了該材料的強度，從而大大節約了鋼材，減輕了大橋結構的自重。
產生固溶強化的原因：因為溶質原子與溶劑原子的尺寸大小不同，當它溶入溶劑形成固溶體時會造成晶格畸變，一般大的溶質原子使點陣常數增大，產生正畸變；而小的溶質原子使點陣常數減小，產生負畸變；間隙溶質原子總是使點陣常數增大，產生正畸變（其原子尺寸大於晶格間隙尺寸），晶格畸變對位錯運動有阻礙作用，故使固溶體的硬度、強度↑，塑性、韌性↓，一般間隙溶質原子的強化效果大於置換溶質原子的強化效果。
（2）物理效能：隨溶質原子含量的增加，固溶體合金的電阻溫度係數減小，導電性↓，電阻↑。
二、中間相（金屬化合物）
兩組元在組成合金時，當它們的溶解度超過固溶體的極限溶解度後，一般將形成新的合金相，這種新相一般稱為化合物。化合物通常可以分為金屬間化合物和非金屬化合物。凡是由相當程度的金屬鍵結合，並具有明顯金屬特性的化合物，稱為金屬化合物，它可以成為金屬材料的組成相。
例如，碳鋼中的滲碳體（fe3c）、黃銅中的β相（cuzn），都屬於金屬化合物。
金屬化合物的熔點較高，效能硬而脆。當合金中出現金屬化合物時，通常能提高合金的強度、硬度和耐磨性，但會降低塑性和韌性。金屬化合物是各類合金鋼、硬質合金和許多有色金屬的重要組成相。
金屬化合物的種類很多，常見的有以下三種型別。
1、正常價化合物
組成正常價化合物的元素是嚴格按原子價規律結合的，因而其成分固定不變，並可用化學式表示，如mg2si、mg2sn、mg2pb等。正常價化合物具有高的硬度和脆性。在合金中，當它在固溶體基體上細小而均勻地分布時，將使合金得到強化，因而起著強化相的作用。
2、電子化合物
電子化合物不遵循原子價規律，而是按照一定的電子濃度比組成一定晶格結構的化合物。電子化合物雖然可以用化學式表示，但實際上它是乙個成分可變的相，也就是在電子化合物的基礎上可以再溶解一定量的組元，形成以該化合物為基的固溶體。電子化合物的熔點和硬度都很高，但塑性很差，因此與正常價化合物一樣，一般只能作為強化相存在於合金中。
3、間隙化合物
間隙化合物一般是由原子直徑較大的過渡族金屬元素（fe、cr、mo、w、v）和原子直徑較小的非金屬元素（h、c、n、b等）所組成。如合金鋼中不同型別的碳化物（vc、cr7c3、cr23c6等）和鋼經化學熱處理後在其表面形成的碳化物和氮化物（如fe3c、fe4n、fe2n等）都是屬於間隙化合物。
間隙化合物的晶格結構特點是：直徑較大的過渡族元素的原子佔據了新晶格的正常位置，而直徑較小的非金屬元素的原子則有嵌入晶格的空隙中，因而稱為間隙化合物。間隙化合物又可分為兩類，一類是具有簡單晶格結構的間隙化合物，也稱為間隙相，如vc、wc、tic等。
vc的晶體結構如圖2-3所示。另一類是具有複雜晶格結構的間隙化合物，如fe3c、cr23c6、cr7c3、fe4w2c等。fe3c的晶體結構就是這一類間隙化合物結構的典型例子。
間隙化合物具有極高的硬度和熔點（如表2.6所示），而且十分穩定，尤其是間隙相更為突出。所以間隙化合物在鋼鐵材料和硬質合金中具有很大的作用。
如碳鋼中的fe3c也可以提高鋼的強度和硬度；工具鋼中vc可以提高鋼的耐磨性；高速鋼中的wc、vc等可使鋼在高溫下保持高硬度；而wc和tic則是硬質合金的主要組成物。
圖2-2 vc的晶體結構圖2-3 fe3c的晶體結構
第二節二元合金相圖
一、二元合金相圖的建立
相圖是表示合金系中各合金在平衡狀態（在極緩慢冷卻條件下，各相成分和相質量比不再隨時間變化）下，在不同溫度時，合金具有的狀態和組成相關係的**，所以也稱它為合金狀態圖或平衡圖。
1、相圖的表示方法
合金相圖的測定一般都是通過試驗法進行。目前已可借助計算機，通過理論計算（各相的自由能）繪製簡單的相圖。建立相圖的過程實際上就是測定各合金相變溫度，即臨界點的過程。
（合金在相轉變時伴隨有某些物理化學性質的突變，如潛熱、膨脹係數、電阻和磁性、硬度等的變化），測定合金臨界點的方法很多，如熱分析法、硬度法、金相法、膨脹法、電阻法、磁性法、x射線結構分析法等。要想測定一張精確的相圖，必須將上述幾種方法互相補充使用。
二元合金相圖，是以溫度為縱座標、以合金成分為橫座標的平面圖形。現以cu-ni合金相圖為例來說明二元合金相圖表示方法
2、相圖的建立方法
通常測定相圖的最基本、最常用的方法是熱分析法。下面以cu-ni二元合金系為例，說明應用熱分析法測定其臨界點及繪製相圖的過程。
（1）配製一系列成分不同的cu-ni合金：
（2）用熱分析法測出所配製的各合金的冷卻曲線；
（3）找出各冷卻曲線上的臨界點；
（4）將各個合金的臨界點分別標註在溫度—成分座標圖中相應的合金線上；
（5）連線各相同意義的臨界點，所得的線稱為相界線。
圖2-4 用熱分析法測定cu--ni合金相圖
第三節勻晶相圖
凡是二元合金系中兩組元在液態和固態下以任何比例可均勻相互溶解，即在固態下能形成無限固溶體時，其相圖屬於二元勻晶相圖。如cu-ni、au-ag、cr-mo、cd-mg等合金系均形成勻晶系。
一、相圖分析
圖示為cu-ni合金相圖，圖中ta =1083℃為純銅的熔點；tb=1455℃為純鎳的熔點。tal tb為液相線， taαtb為固相線。
二、合金的平衡結晶過程
圖2-5 cu-ni合金相圖結晶過程分析
要想利用相圖分析合金的結晶過程和組織，就必須首先了解相圖中的點、線、相區的金屬學意義。以圖2-5cu-ni相圖為例進行分析。
①點：、點分別為純組元銅、鎳的熔點（）
第三章二元合金的相結構與結晶
一 填空題 1.cr v在 fe中將形成固溶體。c n則形成固溶體。2.與間隙原子相比，置換原子的固溶強化效果要一些。3.固溶體合金結晶後出現枝晶偏析時，先結晶出的樹枝主軸含有較多的熔點組元。4.共晶反應的特徵是其反應式為 5.勻晶反應的特徵是其反應式為 6.共析反應的特徵是其反應式為 7.合金固溶...
第二章公文的結構
一 公文結構的含義 二 公文結構的主要形式 一 基本完全式 公文正文的基本內容模組 開頭 文種承啟語 事項 結尾 1 開頭。公文開頭的一般要求是開門見山，緊扣全文，簡短凝練，力求新穎。主要包括 依據 屬於公文製作的原由 現實根據或法律根據，以及有關事件的情況交代等公文製作的出發點。每一篇公文的製作皆...
第二章鋼結構的材料
1 用作鋼結構的鋼材必須符合哪些要求？答 用作鋼結構的鋼材必須符合下列要求 1 較高的抗拉強度和屈服點。是衡量結構承載能力的指標，高則可減輕結構自重，節約鋼材和降低造價。是衡量鋼材經過較大變形後的抗拉能力，直接反映鋼材內部組織的優劣，同時高可以增加結構的安全保障。2 較高的塑性和韌性塑性和韌性好，結...