8.1.4　合金元素對鋼的力學(xué)性能的影響

鋼中加入合金元素即對鋼進(jìn)行合金化的目的是為了使鋼具有更優(yōu)異的性能，對于結(jié)構(gòu)材料來說，首先是提高其機(jī)械性能，即既要有高的強(qiáng)度，又要保證材料具有足夠的韌性。

1．合金元素對鋼強(qiáng)度的影響

（1）固溶強(qiáng)化　在合金固溶體中，加入的合金元素作為溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中，使溶劑晶格產(chǎn)生畸變，導(dǎo)致位錯運(yùn)動的阻力增大，晶體滑移困難，因而合金強(qiáng)度提高。

（2）第二相強(qiáng)化　在合金中，由于合金元素的加入而產(chǎn)生金屬化合物第二相時，金屬化合物可阻礙晶體的滑移，使合金的強(qiáng)度升高。第二相強(qiáng)化的效果與第二相的數(shù)量、形狀和大小有關(guān)。金屬化合物第二相粒子越細(xì)、彌散分布越多，合金的強(qiáng)度越高。合金元素的加入一般都促進(jìn)第二相的析出，因此促進(jìn)第二相強(qiáng)化。

（3）細(xì)晶強(qiáng)化　合金元素的加入，可作為非均質(zhì)核心而使晶粒細(xì)化。晶粒越細(xì)小，金屬的強(qiáng)度提高，塑性、韌性也有所改善，因此，合金化可通過細(xì)化晶粒提高金屬的綜合力學(xué)性能。

（4）位錯強(qiáng)化　金屬中位錯密度越高，位錯運(yùn)動時越容易發(fā)生相互交割，形成割階，造成位錯纏結(jié)等位錯運(yùn)動的阻礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強(qiáng)度。其中用增加位錯密度提高金屬強(qiáng)度的方法稱為位錯強(qiáng)化。合金元素的作用是在塑性變形時使位錯容易增值，加入合金元素細(xì)化晶粒，造成彌散分布的第二相和形成固溶體等，都是增加位錯密度的有效方法。

2．合金元素對鋼韌度的影響

（1）通過細(xì)化晶粒改善韌度　前面已經(jīng)討論過，鋼中加入少量的Ti、V、Nb、Al等元素，使鋼晶粒細(xì)化，不僅有利于提高鋼的強(qiáng)度，而且增大了裂紋的擴(kuò)展能力，能顯著提高鋼的韌度特別是低溫韌度。

（2）通過置換固溶改善韌度　合金元素置換固溶于鐵素體中，一般會提高鋼的強(qiáng)度，降低鋼的韌度。但某些元素，如Ni，溶入鐵素體中能改變位錯運(yùn)動的特點(diǎn)，使其容易繞過某些阻礙，避免產(chǎn)生大的應(yīng)力集中，而不致導(dǎo)致脆性斷裂，所以可大大改善鋼的韌度。

（3）通過提高回火穩(wěn)定性改善韌度　加入合金元素提高鋼的回火穩(wěn)定性，可以保證鋼在達(dá)到相同的強(qiáng)度條件下提高回火溫度。回火溫度提高，能充分析出第二相質(zhì)點(diǎn)而降低間隙固溶程度和位錯密度，更多地減輕其脆化作用，使鋼的韌度顯著改善。

（4）通過細(xì)化碳化物改善韌度　鋼中存在的粗大碳化物嚴(yán)重割裂基體，降低強(qiáng)度和韌度。某些合金元素如Mn、Cr、V，能使一些碳化物盡量細(xì)小并分布均勻，提高鋼的韌度。

（5）通過控制非金屬夾雜和雜質(zhì)元素改善韌度　前面已經(jīng)討論過，鋼在淬火后回火時容易產(chǎn)生第二類回火脆性，Mo、W能控制雜質(zhì)元素的晶界富集，可消除或減輕鋼的回火脆性。