如何构造合金：固溶强化的基本原理

前面介绍的主要是纯金属的组织结构，而在实际生产中大量使用的都是合金。所谓合金就是由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。例如，普通黄铜是铜和锌组成的合金，普通铸铁是铁和碳组成的合金。组成合金最基本的、独立的物质叫作组元，简称元。一般来说，组元就是组成合金的元素。例如，铁碳合金的组元就是铁和碳。

合金中化学成分、晶体结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间具有明显的界面。例如，铁在熔化后成为液相，结晶期间为液相和固相共存，结晶终了后则为单一的固相。

合金的结构比纯金属要复杂得多。由于构成合金的各组元之间相互作用的不同（如溶解、化合或混合），合金可以分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种类型。

1.固溶体

固溶体是指溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的均匀固体合金。其基体组元称为溶剂，溶入基体的组元称为溶质。固溶体又有置换固溶体和间隙固溶体两种基本类型。置换固溶体是溶质原子占据了部分溶剂晶格结点的位置而形成的固溶体。当两组元的化学性质相近且原子直径相差不大时，有利于形成置换固溶体。间隙固溶体是溶质原子填入溶剂晶格的间隙处而形成的固溶体。间隙固溶体在溶质原子远小于溶剂原子时较易形成。

形成固溶体后，由于各种元素的原子大小不一，化学性质也不尽相同，因此必然造成晶格的畸变。由于晶格畸变会使固溶体晶体在塑性变形时晶面之间的相对滑动阻力增加，因此固溶体的强度和硬度要比不含溶质时的纯金属高。这种因形成固溶体而引起合金强度、硬度升高的现象称为固溶强化。在实际应用中，采用固溶强化的措施已成为提高金属强度的重要途径之一。

2.金属化合物(www.xing528.com)

合金组元之间发生化合作用而形成的一种具有一定化学成分且完全不同于原晶格的固相，并具有金属特性的固体合金称为金属化合物。

一般来说，金属化合物的熔点较高，最显著的性能特征是硬度高、脆性大。故直到现在，还很少使用这种化合物的单相金属材料。但是金属材料中含有适量的这类化合物则可以大大强化金属的力学性能。

3.机械混合物

有些液态合金结晶后，既不形成固溶体，也不形成单一的金属化合物，而形成由多种晶格的晶体组成的混合物，这种混合物称为机械混合物。在这种机械混合物中，各种晶体仍保持各自的性能，而整个性能则取决于构成它的各种晶体的性能以及它们的数量、形状、大小及分布情况等。

工业上应用的合金绝大多数属于机械混合物。它们可以由两种或多种固溶体结合而成，但在更多的情况下是由固溶体与金属化合物构成的。生产中，往往通过强化相（金属化合物）的形状、数量、大小及分布状况等方法来改变合金的组织，从而改变合金的性能。