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立均勻的組成部分稱為“相”。

相圖是對合金材料性質(zhì)進行研究和開發(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的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握和了解相圖的建立方法，運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）進行分析，掌握共晶反應(yīng)、勻晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)的特點。

合金的相結(jié)構(gòu)實質(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，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，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，增大位錯運動的阻力，使固溶體的強度、硬度提高。這種通過溶入溶質(zhì)原子形成固溶體，從而使合金強度、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強化。固溶強化是強化金屬材料的重要途徑之一。

實踐證明，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度的同時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，熔點高，硬而脆。合金中出現(xiàn)金屬化合物時，通常能顯著地提高合金的強度、硬度和耐磨性，但塑性和韌性也會明顯降低。