合金元素对钢的力学性能的影响

8.1.4　合金元素对钢的力学性能的影响

钢中加入合金元素即对钢进行合金化的目的是为了使钢具有更优异的性能，对于结构材料来说，首先是提高其机械性能，即既要有高的强度，又要保证材料具有足够的韧性。

1．合金元素对钢强度的影响

（1）固溶强化　在合金固溶体中，加入的合金元素作为溶质原子溶入溶剂晶格中，使溶剂晶格产生畸变，导致位错运动的阻力增大，晶体滑移困难，因而合金强度提高。

（2）第二相强化　在合金中，由于合金元素的加入而产生金属化合物第二相时，金属化合物可阻碍晶体的滑移，使合金的强度升高。第二相强化的效果与第二相的数量、形状和大小有关。金属化合物第二相粒子越细、弥散分布越多，合金的强度越高。合金元素的加入一般都促进第二相的析出，因此促进第二相强化。

（3）细晶强化　合金元素的加入，可作为非均质核心而使晶粒细化。晶粒越细小，金属的强度提高，塑性、韧性也有所改善，因此，合金化可通过细化晶粒提高金属的综合力学性能。

（4）位错强化　金属中位错密度越高，位错运动时越容易发生相互交割，形成割阶，造成位错缠结等位错运动的阻碍，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。其中用增加位错密度提高金属强度的方法称为位错强化。合金元素的作用是在塑性变形时使位错容易增值，加入合金元素细化晶粒，造成弥散分布的第二相和形成固溶体等，都是增加位错密度的有效方法。

2．合金元素对钢韧度的影响

（1）通过细化晶粒改善韧度　前面已经讨论过，钢中加入少量的Ti、V、Nb、Al等元素，使钢晶粒细化，不仅有利于提高钢的强度，而且增大了裂纹的扩展能力，能显著提高钢的韧度特别是低温韧度。

（2）通过置换固溶改善韧度　合金元素置换固溶于铁素体中，一般会提高钢的强度，降低钢的韧度。但某些元素，如Ni，溶入铁素体中能改变位错运动的特点，使其容易绕过某些阻碍，避免产生大的应力集中，而不致导致脆性断裂，所以可大大改善钢的韧度。

（3）通过提高回火稳定性改善韧度　加入合金元素提高钢的回火稳定性，可以保证钢在达到相同的强度条件下提高回火温度。回火温度提高，能充分析出第二相质点而降低间隙固溶程度和位错密度，更多地减轻其脆化作用，使钢的韧度显著改善。

（4）通过细化碳化物改善韧度　钢中存在的粗大碳化物严重割裂基体，降低强度和韧度。某些合金元素如Mn、Cr、V，能使一些碳化物尽量细小并分布均匀，提高钢的韧度。

（5）通过控制非金属夹杂和杂质元素改善韧度　前面已经讨论过，钢在淬火后回火时容易产生第二类回火脆性，Mo、W能控制杂质元素的晶界富集，可消除或减轻钢的回火脆性。