合金是指两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素熔合在一起形成具有金属性质的物质。如碳素钢和铸铁是铁和碳的合金；而黄铜则是锌和铜的合金；合金钢、青铜、硬铝等都是合金。与组成它的纯金属相比，合金除具有更高的力学性能外，有的还可能具有强磁性、耐蚀性等特殊的物理化学性能。同时，还可以通过人为地控制调节其组成的比例，来获得一系列性能各不相同的合金，因此合金在工业上得到广泛的应用。

合金中的各种元素的原子也和纯金属一样，在物体内部做有规则、有次序的排列。但合金的晶体构造与纯金属比较则复杂得多。

合金的基本晶体结构有固溶体和金属化合物两大类，

1.固溶体

固溶体是指组成合金的元素原子在液态时能相互溶解，凝结成固态时，也能相互溶解而形成均匀的固体合金。一般含量多者为溶剂，含量少者为溶质，固溶体保持溶剂的晶格，溶

质原子则分布在溶剂品格之口。

根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，固溶体分为置换固溶体和问隙固溶体。

置换固溶体是指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体，如同在这些结点上的溶剂原子被溶质原子所置换，见图1-2a所示。合金元素溶入铁中形成的固溶体大多数属于这种类型。

间隙固溶体是指溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体，见图1-2b。溶质原子尺寸较小，溶剂晶格间隙较大，仍保持溶剂晶格的类型。碳素钢中的铁素体、奥氏体都是问隙固溶体。

溶剂和溶质的原子大小的差别愈大，形成固溶体后引起的晶格扭曲的程度也就愈人。扭曲的晶格增加了金属塑性变形的阻力，因此，固溶体较纯金属硬度高、强度大。

2.金属化合物

组成合金的元素原子，按一定的原子比例数相互化合，形成与元素晶格类型及性质完全不同的具有金属性质的固溶体，称为金属化合物。金属化合物的晶体结构和性能完全不同于其任一组成元素，其晶体结构比较复杂，一般情况下有较高的硬度和脆性，耐磨性增加，并有较高的熔点和比纯金属大的电阻。常把化合物作为与其他结构相混合的合金加以应用。

                                            图1-2固溶体结构示意图

                    a)置换固溶体                                                   b)间隙固溶体

○一熔剂原子●一溶质原子●—溶质原子

铁碳合金组织与相图

1.铁碳合金组织

钢铁材料是工业中应用范围最广的合金，

它们都是以铁和碳组成的复杂合金。在铁碳合金中，不同的铁碳合金成分和不同的温度下，得到的铁碳合金微观组织是不同的，具有不同的力学性能。凡是w(C)小于2.11%的铁碳合金，可称为钢。工业上所用的钢的w(C)很少超过1.4%,其中用于制造焊接结构的钢，其含碳量更需要低。否则，含碳量高，钢的塑性和韧性变差，加工性能降低。特别是焊接性能，随着结构钢含碳量的提高而变得较差。钢的微观组织主要有铁素体、渗碳体、珠光体、奥氏体和马氏体等。

(1)铁素体

铁素体是含碳量很低的铁，用符号F或α表示。它是碳在α-Fe中形成的体心立方晶格的间隙固溶体，在低于912℃时出现。铁素体的强度、硬度较低，塑性、韧性很高，见表1-1。

(2)渗碳体

渗碳体是铁碳合金中的碳以化合状态出现的碳化铁，其分子式是Fe₃C。它是由质量分数为93.1%的铁和质量分数为6.69%的碳化合面成的铁碳金属化合物。它的性质与铁素体相反，硬度极高(约为800HB),脆性大，但强度很低(≈35MPa),伸长率和冲击韧度为零，即渗碳体本身失去任何变形的能力。随着钢中含碳量的增加，钢中渗碳体的量也增多，钢的硬度、强度也增加，塑性、韧性则下降。

(3)珠光体

珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，用符号P表示。存在于727℃以下，平均w(C)是0.77%。在珠光体中，渗碳体要比铁素体少得多，铁素体与渗碳体一般都呈片状，并且是一层一层交替地排列着。珠光体的性能介于铁

素体和渗碳体之间，即硬度和强度比铁素体高，塑性和韧性比铁素体低，但脆性并不大。根据渗碳体的形状可分为片状珠光体和粒状珠光体两种。根据渗碳体的大小又可分为珠光体(P)、索氏体(细珠光体S)和托氏体(极细珠光体T)。珠光体的力学性能见表1-1所示。

(4)奥氏体

它是碳在γ-Fe中具有面心立方晶格的间隙固溶体，用符号γ或A表示。碳钢中的奥氏体只出现在高温区域内，在低于727℃以后，奥氏体就随钢中含碳量的不同，分别转变为铁素体、珠光体和渗碳体。奥氏体具有低的硬度(HB200)和强度，但是它的塑性和韧性极为良好。

(5)马氏体

马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，用符号M表示。具有体心立方晶格。马氏体转变需要大的过冷度，在显微镜下观察，马氏体呈白色针状组织。低碳马氏体为板条状，强度高，且塑性、韧性良好；高碳马氏体为片状，硬度高，脆性大，塑性、韧性较低。

(6)莱氏体

莱氏体是奥氏体和渗碳体的机械混合物，用符号Ld表示。727℃以下由珠光体和渗碳体组成，为低温莱氏体(用符号Ld'表示):727℃以上由奥氏体和渗碳体组成，为高温莱氏体(用符号Ld表示)。性能与渗碳体相似，硬度高，塑性差。

(7)贝氏体

贝氏体是过饱和的铁素体和细小渗碳体组成的机械混合物，用符号B表示。它是奥氏体过冷到约550～240℃的中温区共析转变产物，介于珠光体和马氏体之间的一种组织，塑性很差。贝氏体具有两种典型形态：一种是羽毛状称上贝氏体，另一种是针片状称下贝氏体。下贝氏体具有高的强度、高的韧性及高的耐腐蚀性。

(8)魏氏组织

在w(C)小于0.6%的亚共析钢和w(C)大于1.2%的过共析钢中，由高温较快冷却时，

先共析的铁素体或者渗碳体便沿着奥氏体的一定晶面呈针片状析出，由晶界插入晶粒内部，这种组织叫魏氏组织。因为魏氏组织中的铁素体或渗碳体针片横七竖八地割断裂了钢的基体，形成许多脆弱面，使其强度降低而脆性增大。奥氏体晶粒越粗大，越容易形成魏氏组织。经过铸造、焊接的中碳和低碳钢，晶粒往往很粗大，空冷之后最容易出现魏氏组织。钢中出现魏氏组织，一般可通过退火或正火进行消除。