合金是指采用熔煉、燒結(jié)或其他方法將兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬組合而成的具有金屬 性質(zhì)的材料。對(duì)合金的分析研究往往要從其組元、組成相以及相的晶體結(jié)構(gòu)出發(fā)。
1.4.1金相切割機(jī)合金的組元、相及組織
組成合金的基本的獨(dú)立的物質(zhì)被稱為組元。組元一般為金屬或非金屬元素，也可以是化合物。例如， 從成分上講，工業(yè)上應(yīng)用普遍的碳鋼和鑄鐵是主要由鐵和碳兩種元素組成的合金,但有時(shí)將之作為鐵和 滲碳體作兩種組元組成的合金材料。
固態(tài)合金中的基本組成部分是相。相是合金中具有同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及均勻化學(xué)成分的、以一 定界面相互隔開的部分。由一種相組成的合金稱為單相合金，由幾種相組成的合金稱為多相合金。固態(tài) 合金相基本上分為固溶體和中間相兩大類。
金相切割機(jī)合金相中，組成的組元原子能夠以不同比例均勻混合，其晶體結(jié)構(gòu)與某一組元相同的合金相稱為固溶 體。合金相中，組成的組元原子以固定比例結(jié)合，其晶體結(jié)構(gòu)與組成組元均不相同的合金相稱為化合物或 中間相。
金屬材料中由相或合金相基本構(gòu)成的組成結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為組織，可以宏觀(低倍)觀察，如金屬凝固組織、
宏觀枝晶偏析組織等;更多的是從微觀(顯微鏡)觀察分析，如鐵素體組織、珠光體組織等。
1. 4. 2金相切割機(jī)固溶體
固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑相同。根據(jù)溶質(zhì)原子占據(jù)固溶體晶體結(jié)構(gòu)中的位置，固溶體分為置換固溶 體和間隙固溶體。
當(dāng)溶質(zhì)原子溶人溶劑中，溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑原子應(yīng)占的位置，或者說，溶劑原子被溶質(zhì)原子所置換，這 種固溶體稱置換固溶體。如果溶質(zhì)原子存在于溶劑原子間的間隙中，這種固溶體稱間隙固溶體。
固溶體按組元之間的溶解度不同，分為無限固溶體和有限固溶體。在有限固溶體中，溶解度與溫度有 關(guān)，多數(shù)是隨溫度升高而增大。
1.    金相切割機(jī)置換固溶體
金屬元素之間一般都能形成置換固溶體。影響溶解度的因素主要取決于以下幾個(gè)因素（Hume~R〇th- ery規(guī)則）。
(1)    電化學(xué)因素（電負(fù)性因素）
電負(fù)性是指原子吸引電子的親和力（affinity)，越易吸引電子形成負(fù)離子的元素，其電負(fù)性越大。各元 素的電負(fù)性值如圖1-16所示。電負(fù)性值具有一定的周期性，與元素在周期表中的位置有關(guān)。一般，在同 一族中，電負(fù)性由上至下逐漸減小，在同一周期中，電負(fù)性由左至右（即隨原子序數(shù)增大)逐漸增大。電負(fù) 性相近的元素之間的溶解度越大。電負(fù)性相差很大的元素易形成化合物。
(2)    金相切割機(jī)原子尺寸因素
應(yīng)用溶劑A與溶質(zhì)B原子的半徑之差^一^與溶劑原子半徑之比加以判斷。當(dāng)
△r<15%時(shí)，有利于形成溶解度大的固溶體，當(dāng)ar>15%時(shí)，溶解度變小，這因?yàn)槿軇┚w發(fā)生點(diǎn)陣畸變 而使系統(tǒng)能量升高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。

(3)    金相切割機(jī)合晶電子濃度因素
電子濃度是指合金相中各組元價(jià)電子總數(shù)e與原子總數(shù)a的比值?
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一價(jià)Cu中加人Zn(2價(jià)）、Ga(3價(jià)）、Ge(4價(jià)）、As(5價(jià)）的最大溶解度摩爾分?jǐn)?shù)分別 為38at%、20at%、12at%和7at%;—價(jià)Ag中加人Cd(2價(jià)）、In(3價(jià)）、Sn(4價(jià)）、Sb(5價(jià)）的最大溶解度 分別為42at%、2〇at%、12at%和7at%:這兩組數(shù)據(jù)非常接近。進(jìn)一步分析得出，計(jì)算它們的e/a都近似地 等于1.4。這數(shù)字被視為極限電子濃度。極限電子濃度與溶劑晶體結(jié)構(gòu)有關(guān):對(duì)1價(jià)fee和bcc結(jié)構(gòu)的極 限電子濃度分別為1.36%和1.48%。超過極限電子濃度時(shí)，固溶體就不穩(wěn)定，會(huì)形成另外的相。至今對(duì) 如何確定過渡族元素的價(jià)電子數(shù)還存在爭(zhēng)議。
(4)金相切割機(jī)晶體結(jié)構(gòu)
1.A，B兩組元的晶體結(jié)構(gòu)相同時(shí)，才能形成無限固溶體。圖1-17為兩組元不斷置換的示意圖。如果 兩組元的晶體結(jié)構(gòu)不同，組元之間的溶解度一定是有限的。當(dāng)形成有限固溶體時(shí)，溶質(zhì)和溶劑組元的晶體 結(jié)構(gòu)相同的，其溶解度通常比不同晶體結(jié)構(gòu)溶質(zhì)的大。
參
2.   金相切割機(jī)合晶 間隙固溶體
溶劑組元A和溶質(zhì)組元B形成合金時(shí)，如果Ar>30%，不易形成置換固溶體。當(dāng)Ar>41 %時(shí)，一旦 B組元的原子半徑接近A組元晶體中某些間隙的半徑時(shí)，B組元原子可能進(jìn)入A組元晶體的間隙位置，形 成間隙固溶體。
3種典型金屬晶體的間隙尺寸都比較小，形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子B通常是原子半徑小于0. lnm 的一些非金屬元素，即H、0、N、C和B(硼）等，其rB分別是0• 046、0. 060、0. 071、0. 077和0• 097nm。當(dāng)它 們?nèi)苋肴軇┚w中時(shí)會(huì)使點(diǎn)陣發(fā)生畸變，點(diǎn)陣常數(shù)增大，引起材料的強(qiáng)化。
間隙固溶體的溶解度與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)和溫度有關(guān)。一般溫度升高，固溶度增大。溶劑組元晶體結(jié) 構(gòu)中間隙半徑較大時(shí)的間隙原子固溶度較大。如C在7-Fe中（fee)和a-Fe(bcC)中的最大固溶度分別為 2. llwt%(l 148°C時(shí)）和0.021 8wt%(727°C時(shí)）。這因?yàn)镃原子均處于7-Fe和a-Fe的八面體間隙位置， 前者的尺寸大于后者(0.414r>0. 154r)。實(shí)際上，bee的a-Fe八面體間隙位置在<100>晶向間隙小于四面 體間隙(0. 29 r)，但在<110>晶向上間隙卻為0• 633 比四面體間隙大得多（見表1 - 6)。所以，碳原子擠 人八面體間隙只要推開Z軸方向的上下兩個(gè)Fe原子即可，比擠入四面體間隙要同時(shí)推開4個(gè)Fe原子容 易——當(dāng)然，引起的畸變是非對(duì)稱的四方形畸變。
4.   金相切割機(jī)合晶 固溶體的一些特性
固溶體在微觀是不均勻的。固溶體中溶質(zhì)原子分布無序、偏聚、部分有序和有序幾種（見 圖1-18)。這些分布狀態(tài)主要取決于同類原子間的結(jié)合能■EAAIE'BB和異類原子間結(jié)合能EAB的相對(duì)大小： 如果三者相近，則溶質(zhì)原子傾向于呈無序分布，為無序固溶體；當(dāng)同類原子間結(jié)合能大于EAB時(shí)，溶質(zhì)原子 易呈偏聚狀態(tài)；當(dāng)￡AB>￡BB或EAA時(shí)，溶質(zhì)原子會(huì)呈部分有序排列。對(duì)于某些合金，當(dāng)溶質(zhì)溶解度達(dá)到一 定原子分?jǐn)?shù)時(shí)則會(huì)呈有序排列。這種固溶體稱有序固溶體，這種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)有時(shí)也稱超結(jié)構(gòu)。
有序固溶體在加熱到某一溫度以上時(shí)，將轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序固溶體;無序固溶體冷卻到該溫度以下時(shí)，又會(huì) 轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w:這種轉(zhuǎn)變稱有序化，會(huì)引起材料性能的突變。
溶質(zhì)原子溶人溶劑原子形成固溶體，會(huì)導(dǎo)致固溶體的點(diǎn)陣常數(shù)、力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能產(chǎn)生不同 程度的改變，引起強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能的提高，稱為固溶強(qiáng)化。