合金

合金，是由兩種或兩種以上的金屬與金屬或 非金屬經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。一般通過熔合成均勻液體和凝固而得。根據組成元素的數目，可分為二元合金、 三元合金和 多元合金。

人類生產合金是從制作青銅器開始，世界上最早生產合金的是古巴比倫人，6000年前 古巴比倫人已開始提煉青銅(紅銅與錫的合金)。中國也是世界上最早 研究和生產合金的國家之一，在商朝（距今3000多年前）青銅（銅錫合金）工藝就已非常發達；公元前6世紀左右（春秋晚期）已鍛打（還進行過熱處理）出鋒利的劍。

合金

常將兩種或兩種以上的金屬元素或以金屬為基添加其他非金屬元素通過合金化工藝（ 熔煉、機械合金化、 燒結、 氣相沉積等等）而形成的具有 金屬特性的金屬材料叫做 合金。但合金可能只含有一種金屬元素，如鋼。（鋼，是對含碳量質量百分比介于0.02%至2.00%之間的 鐵合金的統稱）

這里我們需要注意，合金不是一般概念上的混合物，甚至可以是純凈物，如 單一相的 金屬互化物合金，所添加合金元素可以形成固溶體、化合物，并產生吸熱或放熱反應，從而改變金屬基體的性質。

合金的生成常會改善元素 單質的性質，例如，鋼的強度大于其主要組成元素 鐵。合金的 物理性質，例如密度、反應性、 楊氏模量、 導電性和 導熱性可能與合金的組成元素尚有類似之處，但是合金的 抗拉強度和 抗剪強度卻通常與組成元素的性質有很大不同。這是由于合金與單質中的 原子排列有很大差異。

少量的某種元素可能會對合金的性質 造成很大的影響。例如， 鐵磁性合金中的雜質會使合金的性質發生變化。

不同于純凈金屬的是，多數合金沒有固定的熔點，溫度處在熔化溫度范圍間時，混合物為固液并存狀態。因此可以說，合金的熔點比組分金屬低。參見 低共熔混合物。常見的合金中， 黃銅是由銅和鋅的合金；青銅是錫和銅的合金，用于雕象、裝飾品和教堂鐘。一些國家的貨幣都會使用合金（如鎳合金）。

合金

根據合金中含量較大的主要金屬的名稱而分類稱作某某合金,如銅含量高的為銅合金,其性能主要保持銅的性能。

1. 混合物合金（共熔混合物），當液態合金凝固時，構成合金的各 組分分別結晶而成的合金，如 焊錫、鉍鎘合金等；

2. 固熔體合金，當液態合金凝固時形成 固溶體的合金，如 金銀合金等；

3. 金屬互化物合金，各組分相互形成化合物的合金，如銅、鋅組成的 黃銅（β-黃銅、γ-黃銅和ε-黃銅）等；

合金的許多性能優于 純金屬，故在應用材料中大多使用合金(參看 鐵合金、不銹鋼)。

各類型合金都有以下 通性：

1. 多數合金熔點低于其組分中任一種組成金屬的熔點；

2. 硬度一般比其組分中任一金屬的硬度大；（特例：鈉鉀合金是液態的，用于原子反應堆里的導熱劑）

3. 合金的 導電性和 導熱性低于任一組分金屬。利用合金的這一特性，可以制造高電阻和高熱阻材料。還可制造有特殊性能的材料。

4. 有的抗腐蝕能力強(如不銹鋼)如在 鐵中摻入15% 鉻和9% 鎳得到一種耐腐蝕的不銹鋼，適用于化學工業。

球墨鑄鐵、 錳鋼、不銹鋼、黃銅、青銅、白銅、焊錫、硬鋁、 18K黃金、18K白金等等。

簡介

鋼鐵是鐵與C、 Si、 Mn、P、 S以及少量的其他元素所組成的合金。其中除Fe外，C的含量對鋼鐵的 機械性能起著主要作用，故統稱為 鐵碳合金。它是 工程技術中最重要、用量*的金屬材料。

分類及性質

按含碳量不同，鐵碳合金分為鋼與 生鐵兩大類，鋼是含碳量為0.03%～2%的鐵碳合金。 碳鋼是最常用的普通鋼，冶煉方便、加工容易、價格低廉，而且在多數情況下能滿足使用要求，所以應用十分普遍。按含碳量不同，碳鋼又分為 低碳鋼、 中碳鋼和 高碳鋼。

隨含碳量升高，碳鋼的硬度增加、 韌性下降。 合金鋼又叫 特種鋼，在碳鋼的基礎上加入一種或多種 合金元素，從而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韌性、 耐腐蝕性，等等。經常加入鋼中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、 Mo、V、Ti等。我國合金鋼的資源相當豐富，除Cr、Co不足，Mn品位較低外，W、Mo、V、Ti和 稀土金屬儲量都很高。

關于生鐵

生鐵硬而脆，但耐壓耐磨。灰口鐵和球墨鑄鐵。白口鐵中碳以Fe3C斷口呈銀白色，質硬而脆，不能進行機械加工，是煉鋼的原料，故又稱煉鋼生鐵。

碳以片狀石墨形態分布的稱灰口鐵，斷口呈銀灰色，易切削，易鑄，耐磨。若碳以球狀石墨分布則稱球墨鑄鐵，其性能、加工性能接近于鋼。在鑄鐵中加入特種合金元素可得特種鑄鐵，如加入Cr，耐磨性可大幅度提高，在特種條件下有十分重要的應用。

硅鐵是以焦炭、鋼屑、石英(或硅石)為原料，用電爐冶煉制成的。硅和氧很容易化合成二氧化硅。所以硅鐵常用于煉鋼作脫氧劑，同時由于SIO2生成時放出大量的熱，在脫氧同時，對提高鋼水溫度也是有利的。硅鐵作為合金元素加入劑。

廣泛用于低合金結構鋼、合結鋼、彈簧鋼、軸承鋼、耐熱鋼及電工硅鋼之中，以外硅鐵在鐵合金生產及化學工業中，常用作還原劑。含硅量達95%--99%。純硅常用制造單晶硅或配制有色金屬合金。

錳鐵是以錳礦石為原料。在高爐或電爐中熔煉而成的。錳鐵也是鋼中常用的脫氧劑，錳還有脫硫和減少硫的有害影響的作用。因而在各種鋼和鑄鐵中，幾乎都含有一定數量的錳。錳鐵還作為重要的合金劑。廣泛地用于結構鋼。工具鋼、不銹耐熱鋼。耐磨鋼等 合金鋼中。 

簡介

鋁是分布較廣的元素，在地殼中含量僅次于 氧和 硅，是金屬中含量最高的。 純鋁密度較低，為2.7 g/cm3，有良好的導熱、 導電性(僅次于Au、Ag、Cu)， 延展性好、 塑性高，可進行各種機械加工。鋁的化學性質活潑，在空氣中迅速氧化形成一層致密、牢固的 氧化膜，因而具有良好的耐蝕性。但純鋁的強度低，只有通過 合金化才能得到可作 結構材料使用的各種鋁合金。

特點與性質

鋁合金的突出特點是密度小、強度高。鋁中加入Mn、 Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蝕性，良好的塑性和較高的強度，稱為 防銹鋁合金，用于制造油箱、容器、管道、 鉚釘等。 硬鋁合金的強度較防銹鋁合金高，但防蝕性能有所下降，這類合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新近開發的高強度硬鋁，強度進一步提高，而密度比普通 硬鋁減小15%，且能 擠壓成型，可用作摩托車骨架和 輪圈等構件。Al-Li合金可制作飛機零件和承受載重的高級運動器材。

應用

高強度鋁合金廣泛應用于制造飛機、艦艇和載重汽車等，可增加它們的 載重量以及提高運行速度，并具有抗海水侵蝕，避磁性等特點。

簡介

純銅呈紫紅色，故又稱 紫銅，有極好的導熱、 導電性，其導電性僅次于銀而居金屬的第二位。銅具有優良的 化學穩定性和耐蝕性能，是優良的電工用金屬材料。

分類

工業中廣泛使用的 銅合金有 黃銅、青銅和 白銅等。

Cu與 Zn的合金稱黃銅，其中Cu占60%～90%、Zn占40%～10%，有優良的導熱性和耐腐蝕性，可用作各種儀器零件。再如在黃銅中加入少量Sn，稱為海軍黃銅，具有很好的抗 海水腐蝕的能力。在黃銅中加入少量的有潤滑作用的 Pb，可用作 滑動軸承材料。

青銅是人類使用歷史最久的金屬材料，它是Cu、Sn合金。錫的加入明顯地提高了銅的強度，并使其塑性得到改善，抗腐蝕性增強，因此 錫青銅常用于制造 齒輪等耐磨零部件和耐蝕配件。Sn較貴，已大量用Al、Si、Mn來代替Sn而得到一系列青銅合金。 鋁青銅的耐蝕性比錫青銅還好。 鈹青銅是強度最高的銅合金，它無磁性又有優異的抗腐蝕性能，是可與鋼相競爭的彈簧材料。

白銅是Cu-Ni合金，有優異的耐蝕性和高的電阻，故可用作苛刻腐蝕條件下工作的零部件和 電阻器的材料。

黃銅含鋅及少量的錫、鉛、鋁等。

簡介

以鋅為基加入其他 元素組成的合金。常加的合金元素有 鋁、銅、鎂、鎘、鉛、鈦等。鋅合金熔點低，流動性好，易熔焊，釬焊和 塑性加工，在大氣中耐腐蝕，殘廢料便于回收和重熔；但 蠕變強度低，易發生自然時效引起尺寸變化。 熔融法制備，壓鑄或壓力加工成材。按制造工藝可分為鑄造鋅合金和變形鋅合金。

應用及其他

鋅合金的主要添加元素有鋁，銅和鎂等.鋅合金按加工工藝可分為形變與鑄造鋅合金兩類.鑄造鋅合金流動性和耐腐蝕性較好，適用于壓鑄儀表，汽車零件外殼等。

分類

鉛錫合金按用途分為：

1. 鉛基或 錫基軸承合金。與鉛基軸承合金統稱為 巴氏合金。含銻3%～15%，銅3%～10%，有的合金品種還含有10%的鉛。銻、銅用以提高合金的強度和硬度。其摩擦系數小，有良好的韌性、 導熱性和耐蝕性，主要用以制造滑動軸承。

2. 鉛錫 焊料。以錫鉛合金為主，有的錫焊料還含少量的銻。含鉛38.1%的錫合金俗稱焊錫，熔點約183℃ ，用于電器儀表工業中元件的焊接，以及 汽車散熱器、熱交換器、食品和飲料容器的密封等。

3. 鉛錫合金涂層。利用錫合金的抗蝕性能，將其涂敷于各種電氣元件表面，既具有保護性，又具有裝飾性。常用的有錫鉛系、錫鎳系涂層等。

4. 鉛錫合金（包括鉛錫合金，無鉛錫合金）可以用來生產制作各種精美合金飾品、合金工藝品，如 戒指、項鏈、手鐲、 耳環、胸針、紐扣、領帶夾、帽飾、工藝擺飾、合金相框、宗教徽志、微型塑像、紀念品等。

特點

鉛錫合金（用作合金飾品、合金工藝品材料）的特點

1. 鉛錫合金性能穩定，熔點低，流動性好，收縮性小。

2. 鉛錫合金晶粒幼細，韌性良好，軟硬適宜，表面光滑，無砂洞，無疵點，無裂紋，磨光及電鍍效果好。

3. 鉛錫合金離心鑄造性能好，韌性強，可以鑄造形狀復雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑。

4. 鉛錫合金產品可進行表面處理：電鍍、噴涂、噴漆。

5. 鉛錫合金晶體結構致密，在原料方面確保鑄件尺寸公差小，表面精美，后處理瑕疵少。

隨著科技的發展，新型合金的種類日益增多，這里介紹主要的幾種。

鋁鋰合金具有高比強度（斷裂強度/密度）、高比剛度且相對密度小的特點，如用作現代飛機蒙皮材料，一架大型客機可減輕重量50 kg。以波音747為例，每減輕1 kg，一年可獲利2 000美元。鈦合金比鋼輕、耐腐蝕、無磁性、強度高，是用于航空和艦艇的理想材料。

由于石油和煤炭的儲量有限，而且在使用過程中會帶來 環境污染等問題，尤其是20世紀70年代全球石油危機，使氫能作為新的清潔燃料成為研究熱點。在氫能利用過程中，氫的儲運是重要環節。1969年荷蘭飛利浦公司研制出LaNi5 儲氫合金，具有大量的可逆地吸收、釋放氫氣的性質，其合金氫化物LaNi5H6中氫的密度與 液態氫相當，約為氫氣密度的1000倍。

儲氫合金是由兩種特定金屬構成的合金，其中一種可以大量吸氫，形成穩定的氫化物，而另一種金屬雖然與氫的親和力小，但氫很容易在其中移動。Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等屬于*種金屬，Fe、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等屬于第二種金屬。前者控制儲氫量，后者控制釋放氫的可逆性。通過兩者合理配制，調節合金的吸放氫性能，制得在室溫下能夠可逆吸放氫的較理想的 儲氫材料。

鎳 鈷合金能耐1 200 ℃的高溫，可用于噴氣飛機和燃氣輪機的構件。鎳鈷鐵非磁性耐熱合金在1 200 ℃時仍具有高強度、韌性好的特點，可用于航天飛機的部件和 原子反應堆的控制棒等。尋找符合耐高溫、可長時間運行（10 000 h以上）、耐腐蝕、高強度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。

它們具有高彈性、金屬橡膠性能、高強度等特點，在較低溫度下受力發生 塑性變形后，經過加熱，又恢復到受熱前的形狀。如Ni-Ti、Ag-Cd、Cu-Cd、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Zn等合金，可用于調節裝置的 彈性元件（如離合器、節流閥、控溫元素等）、熱引擎材料、醫療材料（牙齒矯正材料）等。

形狀記憶效應來源于一種熱彈性馬氏體相變。一般的馬氏體相變作為鋼的淬火強化的方法，就是把鋼加熱到某個臨界溫度以上保溫一段時間，然后迅速冷卻，例如直接插入冷水中（稱為 淬火），這時鋼轉變為一種馬氏體的結構，并使鋼硬化。后來，在某些合金中發現了不同于上述的另一種所謂熱彈性馬氏體相變，熱彈性馬氏體一旦產生便可以隨著溫度降低繼續長大。相反，當溫度回升時，長大的馬氏體又可以縮小，直至恢復到原來的狀態，即馬氏體隨著溫度的變化可以可逆地長大或縮小。熱彈性馬氏體相變時隨之伴有形狀的變化。

新型金屬功能材料除上述幾類以外，還有能降低噪音的 減振合金；具有替代、增強和修復人體器官和組織的生物醫學材料；具有在材料或結構中植入傳感器、信號處理器、通信與控制器及執行器，使材料或結構具有自診斷、自適應，甚至損傷自愈合等智能功能與生命特征的 智能材料等。

合金的鑄造性能(castability,castingproperty)是指合金在鑄造時表現出來的工藝性能，主要指合金的流動性及合金的收縮等。這些性能對于是否獲得健全的 鑄件是非常重要的。

流動性(fluidity,liquidity)是指液態合金充填鑄型的能力。

合金液的流動性好，容易澆滿型腔，獲得輪廓清晰、尺寸完整的鑄件，相反合金的流動性不好，則易產生澆不足、冷隔、氣孔和夾渣等缺陷。

在常用的合金中，灰口鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鑄鋼流動性最差。

影響流動性的因素很多，其中主要是合金的化學成分、澆注溫度和鑄型的填充條件等。

液態合金在冷卻凝固過程中體積和尺寸不斷減小的現象稱為收縮(contraction，shrinkage)。收縮是鑄造合金本身的物理性質，是鑄件中許多缺陷(縮孔、縮松、內應力、變形和裂紋等)產生的基本原因。合金液從澆入型腔冷卻到室溫要經歷三個階段：

1. 液態收縮(liquidcontraction)：從澆注溫度冷卻到開始結晶的液相線溫度之間的收縮。

2. 凝固收縮(solidificationcontraction)：從開始結晶溫度冷卻到結晶完畢的固相線溫度的收縮。

3. 固態收縮(solidcontraction)：從結晶完畢的溫度冷卻到室溫之間的收縮。

合金的液態收縮和凝固收縮表現為合金的體積縮小，通常用體積收縮率來表示，它們是鑄件產生縮孔、縮松缺陷的基本原因。合金的固態收縮雖然也是體積變化，但它只引起鑄件外部尺寸的變化，因此，通常用線收縮率來表示。固態收縮是鑄件產生內應力、變形和裂紋等缺陷的根源。

合金的化學成分、澆注溫度、鑄型條件及鑄件結構是影響合金收縮的主要因素。鑄件的形狀、尺寸和工藝條件不同，實際收縮量也有所不同。

另外，合金液在冷卻成鑄件的過程中出現的各部分化學成分不均勻的現象即偏析性，吸氣性和 氧化性均對鑄造性能有著不利影響。