题目
（3）固溶体的性质 一般，固溶体的硬度、屈服强度和抗拉强度等总是比组成它的纯金属的平均值高，随着溶质原子浓度的增加，硬度和强度也随之提高。溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果也越好。由于间隙原子造成的晶格畸变比置换原子的大，所以其强化效果也较好。在塑性、韧性方面，如伸长率、断面收缩率和冲击功等，固溶体要比组成它的两个纯金属的平均值低，但比一般化合物要高的多。因此，综合看，固溶体比纯金属和化合物具有较为优越的综合机械性能，因此各种金属总是以固溶体为其基体相。 在物理性能方面，随着溶质原子浓度的增加，固溶体的电阻率升高，电阻温度系数下降。因此在工业上应用的精密电阻和电热材料等，都广泛应用固溶体合金。晶界的特性1).晶界处点阵畸变大，存在着晶界能。因此，晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总能量，这是一个自发过程。然而晶粒的长大和晶界的平直化均需通过原子的扩散来实现，因此，随着温度升高和保温时间的增长，均有利于这两过程的进行。2).晶界处原子排列不规则，因此在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒愈细，材料的强度愈高，这就是细晶强化；而高温下则相反，因高温下晶界存在一定的粘滞性，易使相邻晶粒产生相对滑动。3).晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。 4).在固态相变过程中，由于晶界能量较高且原子活动能力较大，所以新相易于在晶界处优先形核。显然，原始晶粒愈细，晶界愈多，则新相形核率也相应愈高。5).由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子情况下，往往晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧化，导致"过热[1]"现象产生。6).由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比，晶界的腐蚀速度一般较快。这就是用腐蚀剂显示全相样品组织的依据，也是某些金属材料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因。层错是一种晶体缺陷，它破坏了晶体排列的周期性，引起能量升高。产生单位面积的层错所需能量为“层错能”。但层错的影响仅表现在次近邻关系，仅引起很少的点阵畸变，故层错能相对晶界能（~5×10-4J/cm2）很小（如表6-3），层错能愈小，出现层错的几率愈大。层错的边界即为不全位错。
（3）固溶体的性质 一般，固溶体的硬度、屈服强度和抗拉强度等总是比组成它的纯金属的平均值高，随着溶质原子浓度的增加，硬度和强度也随之提高。溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果也越好。由于间隙原子造成的晶格畸变比置换原子的大，所以其强化效果也较好。在塑性、韧性方面，如伸长率、断面收缩率和冲击功等，固溶体要比组成它的两个纯金属的平均值低，但比一般化合物要高的多。因此，综合看，固溶体比纯金属和化合物具有较为优越的综合机械性能，因此各种金属总是以固溶体为其基体相。
在物理性能方面，随着溶质原子浓度的增加，固溶体的电阻率升高，电阻温度系数下降。因此在工业上应用的精密电阻和电热材料等，都广泛应用固溶体合金。
晶界的特性
1).晶界处点阵畸变大，存在着晶界能。因此，晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总能量，这是一个自发过程。然而晶粒的长大和晶界的平直化均需通过原子的扩散来实现，因此，随着温度升高和保温时间的增长，均有利于这两过程的进行。
2).晶界处原子排列不规则，因此在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒愈细，材料的强度愈高，这就是细晶强化；而高温下则相反，因高温下晶界存在一定的粘滞性，易使相邻晶粒产生相对滑动。
3).晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。
4).在固态相变过程中，由于晶界能量较高且原子活动能力较大，所以新相易于在晶界处优先形核。显然，原始晶粒愈细，晶界愈多，则新相形核率也相应愈高。
5).由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子情况下，往往晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧化，导致"过热[1]"现象产生。
6).由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比，晶界的腐蚀速度一般较快。这就是用腐蚀剂显示全相样品组织的依据，也是某些金属材料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因。
层错是一种晶体缺陷，它破坏了晶体排列的周期性，引起能量升高。产生单位面积的层错所需能量为“层错能”
。但层错的影响仅表现在次近邻关系，仅引起很少的点阵畸变，故层错能相对晶界能（~5×10-4J/cm2）很小（如
表6-3），层错能愈小，出现层错的几率愈大。层错的边界即为不全位错。
在物理性能方面，随着溶质原子浓度的增加，固溶体的电阻率升高，电阻温度系数下降。因此在工业上应用的精密电阻和电热材料等，都广泛应用固溶体合金。
晶界的特性
1).晶界处点阵畸变大，存在着晶界能。因此，晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积，从而降低晶界的总能量，这是一个自发过程。然而晶粒的长大和晶界的平直化均需通过原子的扩散来实现，因此，随着温度升高和保温时间的增长，均有利于这两过程的进行。
2).晶界处原子排列不规则，因此在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒愈细，材料的强度愈高，这就是细晶强化；而高温下则相反，因高温下晶界存在一定的粘滞性，易使相邻晶粒产生相对滑动。
3).晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。
4).在固态相变过程中，由于晶界能量较高且原子活动能力较大，所以新相易于在晶界处优先形核。显然，原始晶粒愈细，晶界愈多，则新相形核率也相应愈高。
5).由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子情况下，往往晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧化，导致"过热[1]"现象产生。
6).由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比，晶界的腐蚀速度一般较快。这就是用腐蚀剂显示全相样品组织的依据，也是某些金属材料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因。
层错是一种晶体缺陷，它破坏了晶体排列的周期性，引起能量升高。产生单位面积的层错所需能量为“层错能”
。但层错的影响仅表现在次近邻关系，仅引起很少的点阵畸变，故层错能相对晶界能（~5×10-4J/cm2）很小（如
表6-3），层错能愈小，出现层错的几率愈大。层错的边界即为不全位错。
题目解答
答案
固溶体的性质：
（1）固溶强化：当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象。
适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合力学性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基本相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法，在工业生产中得以广泛应用的原因。
（2）固溶度：是金属在固体状态下的溶解度，合金元素要溶解在固态的钢中，前提是将钢加热到奥氏体化后，奥氏体晶格间的间隙教大，能够溶解更多的合金元素。
（3）固溶热处理:将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺。时效处理可分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，使其缓缓地发生形变，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底.
根据合金本性和用途确定采用何种时效方法。高温下工作的铝合金适宜用人工时效，室温下工作的铝合金有些采用自然时效，有些必须人工时效。从合金强化相上来分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然时效，而需要在高温下使用或为了提高合金的屈服强度时，就需要采用人工时效来强化。比如LY11和LY12，40度以下自然时效可以得到高的强度和耐蚀性，对于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6铆钉用合金则需要人时效。含有主要强化相为MgSi，MgZn2的T相的合金，只有采用人工时效强化，才能达到它的最高强度。
（4）固溶体的电性能：固溶体的电性能随着杂质(溶质)浓度的变化，一般出现连续的甚至是线性的变化；然而，在相界上往往出现突变。例如PbTiO3和PbZrO3都不是性能优良的压电陶瓷。PbTiO3是铁电体，相变时伴随着晶胞参数的剧烈变化，冷却至室温时，一般会发生开裂，所以没有纯的PbTiO3陶瓷。PbZrO3是反铁电体。这两个化合物结构相同，Zr4+和Ti4+尺寸差不多，可生成连续固溶体Pb(ZryTi1–y)O3,其中y=0～1。随着固溶体组成的不同，常温下有不同的晶体结构。在PbZrO3–PbTiO3系统[2]中发生的是等价置换，形成的固溶体结构完整，电场基本均衡，电导没有显著变化，一般情况下，介电性能也改变不大。但在三方(rhombohedral)结构和四方(tetragonal)结构的晶型边界(MPB)处，获得的固溶体PZT的介电常数和压电性能皆优于纯粹的PbTiO3和PbZrO3其烧结性能也很好。异价置换会产生离子性缺陷，引起材料导电性能的重大变化，而且，这个改变是与杂质缺陷浓度成比例的。
（1）固溶强化：当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象。
适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合力学性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基本相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法，在工业生产中得以广泛应用的原因。
（2）固溶度：是金属在固体状态下的溶解度，合金元素要溶解在固态的钢中，前提是将钢加热到奥氏体化后，奥氏体晶格间的间隙教大，能够溶解更多的合金元素。
（3）固溶热处理:将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺。时效处理可分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，使其缓缓地发生形变，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底.
根据合金本性和用途确定采用何种时效方法。高温下工作的铝合金适宜用人工时效，室温下工作的铝合金有些采用自然时效，有些必须人工时效。从合金强化相上来分析，含有S相和CuAl2等相的合金，一般采用自然时效，而需要在高温下使用或为了提高合金的屈服强度时，就需要采用人工时效来强化。比如LY11和LY12，40度以下自然时效可以得到高的强度和耐蚀性，对于150度以上工作的LY12和125-250度工作的LY6铆钉用合金则需要人时效。含有主要强化相为MgSi，MgZn2的T相的合金，只有采用人工时效强化，才能达到它的最高强度。
（4）固溶体的电性能：固溶体的电性能随着杂质(溶质)浓度的变化，一般出现连续的甚至是线性的变化；然而，在相界上往往出现突变。例如PbTiO3和PbZrO3都不是性能优良的压电陶瓷。PbTiO3是铁电体，相变时伴随着晶胞参数的剧烈变化，冷却至室温时，一般会发生开裂，所以没有纯的PbTiO3陶瓷。PbZrO3是反铁电体。这两个化合物结构相同，Zr4+和Ti4+尺寸差不多，可生成连续固溶体Pb(ZryTi1–y)O3,其中y=0～1。随着固溶体组成的不同，常温下有不同的晶体结构。在PbZrO3–PbTiO3系统[2]中发生的是等价置换，形成的固溶体结构完整，电场基本均衡，电导没有显著变化，一般情况下，介电性能也改变不大。但在三方(rhombohedral)结构和四方(tetragonal)结构的晶型边界(MPB)处，获得的固溶体PZT的介电常数和压电性能皆优于纯粹的PbTiO3和PbZrO3其烧结性能也很好。异价置换会产生离子性缺陷，引起材料导电性能的重大变化，而且，这个改变是与杂质缺陷浓度成比例的。
解析
本题主要考查固溶体的性质及相关概念，包括固溶强化、固溶度、固溶热处理及时效处理、固溶体的电性能等内容，需结合题目提供的材料及常见金属材料知识知识进行分析。
固溶体的性质（1）固溶强化：根据材料，随溶质元素含量增多，金属强度和硬度升高，塑性和韧性下降，此现象称为固溶强化。置换和间隙固溶体均会产生，且适当控制溶质含量可获良好综合力学性能，是重要强化方法。（2）固溶度：指金属在固态下的溶解度，合金元素溶入固态钢需加热至奥氏体化，因奥氏体间隙大，能溶解更多合金元素。（3）固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，快速冷却得饱和固溶体的工艺。时效分自然（露天半年以上缓变形消应力）和人工（550-650℃退火，省时彻底），依合金本性和用途选，如高温用铝合金用人时效，含S、CuAl₂相的用自然时效，含Mg₂Si、MgZn₂相的需人时效。（4）固溶体的电性能：电性能随杂质浓度连续甚至线性变化，相界出现突变。如Pb(Zr_yTi₁-y)O₃连续固溶体，在三方和四方晶界（MPB）处PZT的介电、压电性能优于纯相；异价置换产生离子缺陷，导电性能与缺陷浓度成比例变化。