合金是一種金屬元素和一種或幾種其它元素（金屬或者非金屬均可）熔合后而組成的具有進(jìn)速特性的物質(zhì)。組成合金最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)稱為組元，簡稱元。絕大多數(shù)情況下，組元即是構(gòu)成合金的元素。但也有將化合物作為組元的，其條件是化合物在所研究的范圍內(nèi)，既不分解也不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)組元的數(shù)量，可分為二元合金、三元合金或多元合金、如簡單黃銅是由銅和鋅兩種元素組成的二元合金；硬鋁是由鋁、銅、鎂三種元素組成的三元合金。
◆銅合金分類：銅合金分為黃銅、青銅和白銅。白銅是銅鎳合金，主要用來制造精密機(jī)械、精密儀表中的耐蝕零件及電阻器、熱電偶等。機(jī)械制作中，主要使用的是黃銅和青銅。
●鑄造黃銅：銅和鋅著稱的合金統(tǒng)稱為黃銅。其中銅鋅二元合金稱普通黃銅。除鋅外再加入其它元素所組成的多元黃銅稱為特殊黃銅。鑄造黃銅具有較高的力學(xué)性能，鑄造性能較好，且價(jià)格比青銅低。常用于一般用途的軸承、襯套、齒輪等耐磨件和閥門等耐蝕件。
●鑄造青銅：可分為普通青銅（錫青銅）和特殊青銅（鋁青銅、鉛青銅、硅青銅、鈹青銅等）兩大類。
◆銅合金鑄造工藝：各種成分的銅合金的結(jié)晶特征不同，鑄造性能不同，鑄造工藝特點(diǎn)也不同。
1、錫青銅：結(jié)晶特征是結(jié)晶溫度范圍大，凝固區(qū)域?qū)?。鑄造性能方面流動性差，易產(chǎn)生縮松，不易氧化。工藝特點(diǎn)是壁厚件采取定向凝固（順序凝固），復(fù)雜薄壁件、一般壁厚件采取同時(shí)凝固。
2、鋁青銅和鋁黃銅：結(jié)晶特征是結(jié)晶溫度范圍小，為逐層凝固特征。鑄造性能方面流動性較好，易形成集中縮孔，極易氧化。工藝特點(diǎn)是鋁青銅澆注系統(tǒng)為底注式，鋁黃銅澆注系統(tǒng)為敞開式。
3、硅黃銅：結(jié)晶特征是介于錫青銅和鋁青銅之間。鑄造性能最好（在特殊黃銅中）。工藝特點(diǎn)是順序凝固工藝，中注式澆注系統(tǒng)，暗冒口尺寸較小。
◆鋁合金鑄件分類：鑄造鋁合金按化學(xué)成分可分為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金等。
●鋁合金的鑄造工藝：鋁合金的鑄造性能和化學(xué)成分密切相關(guān)，其中Al-Si合金處于共晶成分附近，鑄造性能最好，和灰鑄鐵相似。Al-Cu合金遠(yuǎn)離共晶成分，凝固溫度范圍大，鑄造性能最差。在實(shí)際生產(chǎn)中，鋁鑄件都有冒口補(bǔ)縮，Al-Si類合金的凝固溫度范圍小，冒口補(bǔ)縮效率高，易獲得組織致密的鑄件。其它類鑄鋁合金的凝固溫度范圍大，冒口補(bǔ)縮效率低，鑄件致密性差。
　　鋁合金極易吸氣和氧化，因此澆注系統(tǒng)必須保證鋁液較快而平穩(wěn)地流入，避免攪動。
　　各種鑄造方法都適用于鋁合金鑄件。當(dāng)生產(chǎn)量較少時(shí)，可用砂型鑄造，應(yīng)選用細(xì)砂來造型；大量生產(chǎn)的重要鑄件，則采用特種鑄造。金屬型鑄造效率高，鑄件質(zhì)量好。低壓鑄造適用于要求致密性高的耐水壓鑄件。壓力鑄造可用于薄壁復(fù)雜小件。
●鑄造鋁合金的熔煉特點(diǎn)：鋁合金在液態(tài)下極易氧化，其產(chǎn)物為Al2O3，熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，密度稍大于鋁，呈固態(tài)夾雜物懸浮在鋁液中，很難去除，既惡化鑄造性能，又降低力學(xué)性能，使鑄件致密性降低。鋁液還極易吸收氫氣，凝固時(shí)析出，形成氣孔或針孔等缺陷。
1、精煉方法為了減緩鋁液的氧化和吸氣，鋁合金應(yīng)在熔劑層覆蓋下熔煉?？上蜊徨亙?nèi)加入KCl、NaCl等作為熔劑，以便將鋁液與爐氣隔離。為驅(qū)除鋁液中已吸入地氫氣，防止針孔的產(chǎn)生，在鋁液出爐之前應(yīng)進(jìn)行驅(qū)氫精煉。方法有多種，較為簡便的是用鐘罩向鋁液中壓入氯化鋅（ZnCl2）或六氯乙烷（C2Cl6）等氯鹽或氯化物，于是發(fā)生如下反應(yīng)：
3ZnCl2+2Al=3Zn+2AlCl3
3C2Cl6+2Al=3C2Cl4+2AlCl3
反應(yīng)生成的AlCl3沸點(diǎn)為183℃，C2Cl4的沸點(diǎn)為121℃，故形成氣泡，在上浮過程中將鋁液中的氣體H2及Al2O3夾雜一起帶出液面。
2、熔煉設(shè)備鋁合金熔爐種類很多，一般多用焦碳坩鍋爐。也可用電阻坩鍋爐。此外感應(yīng)電爐（工頻、中頻）也有使用。
　　合金的結(jié)構(gòu)要比純金屬復(fù)雜得多。因?yàn)楹辖鹩蓛煞N或多種元素組成，各元素間的相互作用，會形成各種不同的相。我們把在金屬和合金中，凡化學(xué)成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其他部分由界面分開的均勻組成部分，稱之為相。
　　下面按照這一概念來分析純金屬和合金的結(jié)構(gòu)。純金屬液態(tài)時(shí)為單相；固態(tài)由同一元素、同一晶格構(gòu)成，故為單相；結(jié)晶過程中，既有液相又有固相，即為二相。合金在液態(tài)時(shí)，其為具有一定化學(xué)成分均勻一致的合金液體，為單相。合金由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)后，各元素彼此相互溶解可形成固溶體；元素也可能彼此間發(fā)生反應(yīng)而形成金屬化合物。固溶體和金屬化合物是固態(tài)合金的兩個(gè)基本相。所以合金在固態(tài)時(shí)，可能是單相組織也可能是多相組織。在分析合金結(jié)構(gòu)時(shí)，就是分析其相結(jié)構(gòu)，看其由幾種固溶體或金屬化合物，即為幾相。
◆固溶體：所謂固溶體是指溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑的晶格中所組成的合金相。兩組元在液態(tài)下互溶，固態(tài)也相互溶解，且形成均勻一致的物質(zhì)。形成固溶體時(shí)，含量大者為溶劑，含量少者為溶質(zhì)；溶劑的晶格即為固溶體的晶格。
●固溶體的分類：按溶質(zhì)原子在晶格中的位置不同可分為置換固溶體和間隙固溶體。
1、置換固溶體溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格中的結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體稱置換固溶體。當(dāng)溶劑和溶質(zhì)原子直徑相差不大，一般在15％以內(nèi)時(shí)，易于形成置換固溶體。銅鎳二元合金即形成置換固溶體，鎳原子可在銅晶格的任意位置替代銅原子。
2、間隙固溶體溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱間隙固溶體。間隙固溶體的溶劑是直徑較大的過渡族金屬，而溶質(zhì)是直徑很小的碳、氫等非金屬元素。其形成條件是溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比必須小于0.59。如鐵碳合金中，鐵和碳所形成的固溶體--鐵素體和奧氏體，皆為間隙固溶體。
另外，按溶質(zhì)元素在固溶體中的溶解度，可分為有限固溶體和無限固溶體。但只有置換固溶體有可能成為無限固溶體。
●固溶體的性能：
　　當(dāng)溶質(zhì)元素含量很少時(shí)，固溶體性能與溶劑金屬性能基本相同。但隨溶質(zhì)元素含量的增多，會使金屬的強(qiáng)度和硬度升高，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。置換固溶體和間隙固溶體都會產(chǎn)生固溶強(qiáng)化現(xiàn)象。
　　適當(dāng)控制溶質(zhì)含量，可明顯提高強(qiáng)度和硬度，同時(shí)仍能保證足夠高的塑性和韌性，所以說固溶體一般具有較好的綜合力學(xué)性能。因此要求有綜合力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料，幾乎都以固溶體作為基本相。
　　這就是固溶強(qiáng)化成為一種重要強(qiáng)化方法，在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用的原因。
◆金屬化合物：金屬化合物是兩組元相互作用形成的新相，它的晶體結(jié)構(gòu)與兩組元都不相同，并具有金屬性質(zhì)。金屬化合物有多種，它們的共同特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬度高，一般都作為合金中的硬化相。如碳鋼中的
Fe3C，合金鋼中的TiC、VC、W2C等。
　　合金中以單相的固溶體或金屬化合物的形式存在的情況減少，大多以兩相的機(jī)械混合物形式存在。如碳鋼中的珠光體，就是由固溶體（鐵素體）和金屬化合物（滲碳體Fe3C）組成的機(jī)械混合物。
◆合金相圖的測定：如前所述，純金屬的結(jié)晶是在恒溫下進(jìn)行的，可用冷卻曲線來描述。一種合金由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)在某一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，也可用一冷卻曲線表示。但一個(gè)合金系的結(jié)晶過程，就需要用相圖來展現(xiàn)才能表示清楚。
　　合金相圖是表示合金的成分、溫度和組織三者之間關(guān)系的圖形，是研究合金的重要工具。合金相圖一般都是由試驗(yàn)方法獲得的。現(xiàn)以Pb-Sb二元合金為例，來說明二元合金相圖的測定過程。
（1）配制不同成分的若干合金，并分別做出它們的冷卻曲線。
（2）分別找出各個(gè)合金的結(jié)晶轉(zhuǎn)變溫度，即結(jié)晶開始溫度和結(jié)晶終了溫度。
（3）把各合金的結(jié)晶開始溫度和結(jié)晶終了溫度，分別標(biāo)注在溫度－成分的坐標(biāo)系中。
（4）把各合金的結(jié)晶開始溫度點(diǎn)連結(jié)起來，即為液相線；把結(jié)晶終了溫度點(diǎn)連結(jié)起來，即為固相線。這樣就構(gòu)成了Pb-Sb二元合金相圖。其它合金相圖也可照此方法測定。
Pb-Sb合金構(gòu)成的是二元共晶相圖。其他合金還可構(gòu)成二元共析相圖、形成穩(wěn)定化合物的二元相圖、二元?jiǎng)蚓鄨D等。
◆鐵碳合金：鐵碳合金是鋼和鐵的總稱，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的合金。鐵碳合金是以鐵為基本元素，以碳為主加元素組成的合金。在液態(tài)時(shí)，鐵和碳可以無限互溶。在固態(tài)時(shí)，碳溶于鐵中形成固溶體。當(dāng)含碳量超過碳在鐵中的固態(tài)溶解度時(shí)，則出現(xiàn)金屬化合物。此外，還可以形成由固溶體和金屬化合物組成的機(jī)械混合物。
　　下面分述鐵碳合金在固態(tài)下出現(xiàn)的幾種基本組織。
●鐵素體：鐵素體是碳溶解在a－Fe中的間隙固溶體，常用符號F表示。它仍保持的體心立方晶格，其溶碳能力很小，常溫下僅能溶解為0.0008％的碳，在727℃時(shí)最大的溶碳能力為0.02％。由于鐵素體含碳量很低，其性能與純鐵相似，塑性、韌性很好，伸長率δ＝45％～50％。強(qiáng)度、硬度較低，σb≈250MPa，而HBS＝80。
●奧氏體：奧氏體是碳溶解在γ－Fe中的間隙固溶體，常用符號A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力較大，在727℃時(shí)溶碳為ωc＝0.77％，1148℃時(shí)可溶碳2.11％。奧氏體是在大于727℃高溫下才能穩(wěn)定存在的組織。奧氏體塑性好，是絕大多數(shù)鋼種在高溫下進(jìn)行壓力加工時(shí)所要求的組織。奧氏體是沒有磁性的。
●滲碳體：滲碳體是鐵與碳形成的金屬化合物，其化學(xué)式為Fe3C。滲碳體的含碳量為ωc＝6.69％，熔點(diǎn)為1227℃。其晶格為復(fù)雜的正交晶格，硬度很高HBW＝800，塑性、韌性幾乎為零，脆性很大。在鐵碳合金中有不同形態(tài)的滲碳體，其數(shù)量、形態(tài)與分布對鐵碳合金的性能有直接影響。
●珠光體：珠光體是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體。其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相物，也稱片裝珠光體。用符號P表示，含碳量為ωc＝0.77％。其力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間，決定于珠光體片層間距，即一層鐵素體與一層滲碳體厚度和的平均值。
●萊氏體：萊氏體是液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成的奧氏體和滲碳體所組成的共晶體，其含碳量為ωc＝4.3％。當(dāng)溫度高于727℃時(shí)，萊氏體由奧氏體和滲碳體組成，用符號Ld表示。在低于727℃時(shí)，萊氏體是由珠光體和滲碳體組成，用符號Ld‘表示，稱為變態(tài)萊氏體。因萊氏體的基體是硬而脆的滲碳體，所以硬度高，塑性很差。