第一章相图概述
第一节合金及相图
由两种以上的金属或金属与非金属元素熔合(或其他方式如烧结)在一起且具有金属特性的物质称为合金。根据组成合金的组无数，又可分为二元合金、三元合金以及四元以上的多元合金。所谓铜合金，一般均指以铜为基体(铜的质量百分数为50%以上)的合金。
在工业应用上，绝大多数金属材料为合金。之所以合金较之纯金属得到更为广泛的应用，是由于通过合金化可以改变纯金属的组织与结构，从而使金属材料性能多样化，满足诸多具体使用条件的要求。合金相图是一种研究合金化的基本工具，通过它，可以了解各合金系中各种成分的合金、它们的相组成以及不同组织的形成和变化规律，从而为确定合金成分提供依据。
应当指出，相图中所示的合金状态是热力学上的平衡状态，它不能表示在非平衡条件下的组织结构及其变化规律。但非平衡状态与平衡状态有着密切的关系，因此研究非平衡状态也应以相图为基础。
第二节合金相
在一个体系中，性质相同的均匀部分称为“相”。相与相之间有明显的界面分开。例如冰和水，它们各自为性质相同的均匀部分，但冰和水的性质是不同的，且有界面分开，所以冰和水是两种不同的相态。又如食盐水溶液是一个相，若从饱和溶液中析出食盐晶体则成为两个相。
相与相之间存在界面，但同一相间也可能以界面相分开，如合金中同一相可以形成不同的晶粒，晶粒间以晶界相互分离。所以有界面分开的不一定都是两种相。此外，在合金中，同一相中由于成分偏聚，可能造成各微区的成分并不完全相同。也可能由于存在结构缺陷，使同一相各微区的性质也不完全相同。
在合金(包括铜合金)中，多数金属在液态下能互相溶解而形成均匀的溶液，但也有在液态下只能部分相互溶解，形成有界面分开的成分不同的两种溶液(两个液相)。例如铜和铅在一定温度和成分范围内，形成浓度不同且有界面分开的两层溶液。还有两组元在液态下几乎完全不溶解的，例如铜和钨等。
与溶液相似，固态时溶质原子(离子或分子)溶入溶剂的晶体点阵中所形成的相称为“固溶体”。固溶体的晶体结构与溶剂的晶体结构相同。溶质原子溶入溶剂晶体中的方式有两种，如图3-1-1 所示。一种称为“置换固溶体”，表示溶质原子置换晶体中某些溶剂原子的位置：另一种称为“填隙固溶体”，表示溶质原子填入溶剂晶体点阵的间隙中。
合金各组元间除了形成液溶体和固溶体外，还可能形成晶体结构与组元晶体结构不同的新相，称“金属间相”或“金属间化合物”。这些新相往往有自己独特的结构和性质，它们的单相区均处于相图的中间位置，所以又称为“中间相”。
第三节相平衡条件与相律
一个相转变为另一相的过程称为“相变”。如果系统中同时共存的各相在长时间内不相互转化，即可认为是处于“相平衡”状态。实际上，这种平衡属于动态平衡，从微观上看，即使在平衡状态，组元仍会不停地通过各相界面进行转移，只是同一时间内相互转移的速度相等而已。
在平衡条件下，合金的组元数和相数之间存在着一定的关系，这种关系称为“相律”。相律的数学表达式为
所谓自由度是指平衡系中不改变相数的前提下可独立变化的因素数目。在研究不包括气相反应在内的合金相变时，压力的影响不大，故相律的表达式可改写为
根据式(3-1-2)，纯金属最多只有两相平衡;二元系则存在三相平衡，在三相平衡时，自由度为零。
第四节二元相图表示法及杠杆定律
若不考虑压力因素，影响二元合金状态的因素只有两组元的浓度和温度。所以二元相图是以横坐标表示成分，纵坐标表示温度的一个平面图。合金成分有两种表示法，即质量分数x和摩尔分数w。图3-1-2为一简单的A-B二元合金相图示意图。相图中的线条表示相转变温度和平衡相的成分，被线条所划分的区域称为相区，在各相区内注明了线条表示相转变温度和平衡相的成分，被线条所划分的区域为相区，在各相区内注明了合金存在的相态。从相图上可以一目了然地看出任一成分的合金在任一温度下所存在的相态以及在什么温度下发生转变及转变类型等。
