第三章二元合金的相结构与结晶
3-1 在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状生长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？
答：
原因：
在纯金属的凝固过程中，在正温度梯度下，固液界面呈平面状生长；当温度梯度为负时，则固液界面呈树枝状生长。
固溶体合金在正温度梯度下凝固时，固液界面能呈树枝状生长的原因是固溶体合金在凝固时，由于异分结晶现象，溶质组元必然会重新分布，导致在固液界面前沿形成溶质的浓度梯度，造成固液界面前沿一定范围内的液相其实际温度低于平衡结晶温度，出现了一个由于成分差别引起的过冷区域。所以，对于固溶体合金，结晶除了受固液界面温度梯度影响，更主要受成分过冷的影响，从而使固溶体合金在正温度梯度下也能按树枝状生长。
3-2 何谓合金平衡相图，相图能给出任一条件下合金的显微组织吗？
答：
合金平衡相图是指在平衡条件下合金系中合金的状态与温度、成分间关系的图解，又称为状态图或平衡图。由上述定义可以看出相图并不能给出任一条件下合金的显微组织，相图只能反映平衡条件下相的平衡。
3-3 有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的WNi=90%，
另一个铸件的WNi=50%，铸后自然冷却。问凝固后哪一个铸件的偏析严重？为什么？找出消除偏析的措施。
答：
WNi=50%铸件凝固后偏析严重。解答此题需找到Cu-Ni合金的二元相图。
原因：固溶体合金结晶属于异分结晶，即所结晶出的固相化学成分与母相并不相同。由Cu-Ni合金相图可以看出WNi=50%铸件的固相线和液相线之间的距离大于WNi=90%铸件，也就是说WNi=50%铸件溶质Ni的k0（溶质平衡分配系数）高，而且在相图中可以发现Cu-Ni合金铸件Ni的k0是大于1，所以k0越大，则代表先结晶出的固相成分与液相成分的差值越大，也就是偏析越严重。
消除措施：
可以采用均匀化退火的方法，将铸件加热至低于固相线100-200℃的温度，进行长时间保温，使偏析元素充分扩散，可达到成分均匀化的目的。
合金相
固溶体
代位固溶体
形成条件
溶质原子的分布
间隙固溶体
缺位固溶体
有序固溶体
中间相
正常价化合物
电子化合物
间隙化合物
拓扑密堆相
Laves相
其他拓扑密堆相
金属间化合物的实际应用
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当一种(或多种)元素加入到金属中组成合金时，随着各组元相对含量、晶体结构类型、电化学性质、原子相对尺寸、电子浓度和合金的温度等因素的不同，可以得到不同的结构或原子排列方式。这些不同结构和不同原子排列方式的相统称为合金相。
绝大多数实用的金属材料都是由一种或几种合金相所构成的合金。合金相的结构和性质以及各相的相对含量，各相的晶粒大小、形状和分布对合金的性能起着决定性的作用。
合金相根据在相图中所处的位置，可以分为固溶体和中间相（或称金属间化合物）两大类。以二元合金为例，在相图的两个端部分别与纯组元连续相接的单相区，称为固溶体或初级固溶体。但当第二种元素浓度超过一定限度时，可能形成通常称为中间相的新相。有时将具有很大成分范围的中间相称为次级固溶体，而将只在很窄成分范围具有同一结构的相称为金属间化合物。图1为Ag-Zn二元相图,示出初级固溶体和中间相在相图上的形成位置。
固 溶 体
第二组元的原子作为溶质原子完全溶解于固态金属溶剂中，形成的合金相称为固溶体。固溶体的一个特点是成分可以在一定范围内连续变化，这种变化不引起原来溶剂金属的点阵类型发生改变（见晶体结构）。
固溶体是金属结构中最常见的合金相类型。绝大多数金属材料或是由固溶体组成，或是以固溶体为基，其中分布一定的金属间化合物。在固溶体点阵中，原子之间的结合基本上是金属键。和固态纯金属一样，固溶体内存在着各种各样的晶体缺陷，如空位、离位原子、位错、亚晶界和晶粒间界等等；这些缺陷引起固溶体点阵的畸变。此外，由于异类原子的溶入也造成点阵的畸变。这些畸变对金属的性能产生重大影响，如提高合金的强度和电阻率等。
二元合金的相结构与结晶
组元——组成材料最基本的、独立的物质
合金——指由两种或两种以上的金属、或金属与非金属经熔炼或用其他方法制成的具有金属特性的物质。
相--是指合金中结构相同，成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分
金属化合物，它的晶体结构与固溶体完全不同，成分和性能也不相同
组织：所谓合金组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态
固溶体——以合金中某一组元作为溶剂，其它组元为溶质，所形成的与溶剂有相同晶体结构、晶格常数稍有变化的固相。
按溶质原子在溶剂晶格中所占位置：置换固溶体和间隙固溶体。
置换固溶体——溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体
间隙固溶体——溶质原子进人溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体
按溶质与溶剂原子相对分布分类
无序固溶体——溶质原子统计式地或概率地分布在溶剂的晶格中。
有序固溶体——溶质原子在溶剂晶格的结点位或溶剂晶格的间隙中，有规律的排列。
有限固溶体：在一定条件下，溶质组元在固溶体的浓度有一定的限度，超过这个限度就不再溶解，这种限度称为溶解度或固溶度，这种固溶体是有限固溶体
无限固溶体；溶质能以任意比例溶入溶剂，固溶度的溶解度可达100%，这种 称为固溶体就称为无限固溶体。无限固溶体只可能是置换固溶体
影响置换固溶体溶解度的因素
尺寸因素、晶体结构、电负性差及电子浓度是影响固溶体溶解度的四个主要因素
(1) 尺寸因素
组元间的原子半径越相近，则固溶体的固溶度越大。
晶格畸变（溶质原子相邻的溶剂原子偏离其平衡位置）
溶质原子溶入溶剂晶格引起晶格的点阵畸变。 溶质点阵的膨胀与收缩导致晶体能量升高，这种升高的能量称为晶格畸变能。溶质原子引起的点阵畸变能越大，固溶体的溶解度就越小。
组元间的原子半径相差越大，晶格畸变能越高，晶格便不稳定。
当溶质原子溶入很多时，则单位体积的晶格畸变能越高，直至溶质晶格不能再维持时，便达到了固溶体的固溶度极限。如此时再继续加入溶质原子，溶质原子将不再溶入固溶体中，只能形成其他新相
第三章 金相显微组织分析
第一节 二元合金平衡（非平衡）显微组织分析
金相显微组织是在金相显微镜下能够看到的合金内部组成物的直观形貌，它描述了各组成物的本质、形态、大小、数量和分布特征。这些组成物由不同的相所组成。合金的显微组织可以是一种相组成的单相组织，也可以是几种相组成的复合组织。
相：是具有同一聚集状态、同一结构、同一性质、并与其他部分在界面分开的均匀组成部分。
相图：是研究不同成分合金相平衡关系的一种图形。
组织：用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形状，分布及各相之间的组合状态。
平衡组织：合金经缓慢冷却后具有的显微组织。
非平衡组织：合金经快冷后具有的显微组织。
二元合金：由两种组元组成的合金称为二元合金。
固溶体：以合金某一组元为溶剂，其晶体点阵中溶入其它组元原子（溶质）所组成的异类原子混合的结晶相，结构保持溶剂元素的点阵类型，其实质是固态溶液。
匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。
共晶转变：具有E点成分的液相，在一定的温度下，同时结晶出一定成分的两个固相，即M点成分的α相与N点成分的β相。
包晶转变：由一个固相与液相作用形成另一个固相的过程，称为包晶转变。
晶内偏析（枝晶偏析）：在一个晶粒内部成分不均匀的现象，称晶内偏析。
离异共晶：当不平衡共晶体量很少时，其中与初生晶体相同的相，常与初生晶体连成一片，不能分辩，而共晶体的另一相则留在枝晶间，这种形式的共晶组织称离异共晶。
伪共晶：亚共晶和过共晶合金在快冷时，初生晶体数量减少，共晶体的实际成分偏离原共晶点，形成伪共晶，成分靠近共晶点的合金，快冷时，甚至来不及析出初生晶体即发生共晶反应，得全部共晶体。这种由非共晶成分的合金而获得全部共晶体的组织，称为伪共晶组织。
脱溶：由α固溶体中析出另一种固相的过程，称脱溶，一般脱溶相称为次生相或次生固溶体，以βⅡ表示。
观察二元合金显微组织，应根据该合金系的相图，分析合金在平衡及非平衡冷却条件下可能出现的相及组织组成物。典
