1）合金元素對鋼中基本相的影響

①形成合金鐵素體　大多數合金元素都能溶入鐵素體中形成合金鐵素體，由于合金元素與鐵的晶格類型和原子半徑的差異，必然會引起鐵素體的晶格發生畸變，產生固溶強化，因而鐵素體的強度硬度增高，塑性、韌性有所降低。合金元素對鐵素體硬度和韌性的影響如圖1．5．1所示。

由圖1．5．1可知，錳、硅、鎳元素的強化效果最為顯著。但當含硅量大于0．6%，含錳量大于1．5%以上時，其韌性下降，而鉻、鎳在適當的含量范圍內（w Cr≤2%，w Ni≤5%），在強化鐵素體的同時，仍能保持良好的韌性。對大多數結構鋼來說，在退火、正火、調質狀態下，鐵素體都是鋼的主要基本相，故合金元素含量適當時，都可以使鋼得到強化而不降低韌性。

②形成合金碳化物　鐵、錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈮、鋯、鈦（與碳的親和力由弱到強）都是在鋼中能形成碳化物的元素。形成的碳化物可分為合金滲碳體和特殊碳化物。

錳是弱碳化物形成元素，易溶入滲碳體中，形成合金滲碳體，合金滲碳體的穩定性、硬度比滲碳體略高，是一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。

圖1．5．1　合金元素對鐵素體性能的影響

鉻、鉬、鎢是中強碳化物形成元素，在鋼中既能形成合金滲碳體，又能形成特殊碳化物，如Cr7 C3，Mo2 C，WC等。特殊碳化物比合金滲碳體具有更高的熔點、硬度，耐磨性及穩定性。

釩、鈮、鋯、鈦是強碳化物形成元素，在鋼中一般形成特殊碳化物。如NbC，VC，TiC等，故常在工具鋼中加入這類合金元素，以提高工具的強度、硬度及耐磨性，而不降低韌性。

2）合金元素對鋼熱處理的影響

①細化晶粒　除錳、磷以外，大多數合金元素均在不同程度上有細化晶粒作用，其中尤以強碳化物形成元素鈦、鋯、鈮、釩的影響最為顯著。這類合金碳化物（如TiC，VC等）的熔點高，硬度高，且很穩定，不易分解，加熱時難以溶入奧氏體中，它們的存在對奧氏體晶粒長大有強烈的阻礙作用。因此，除錳鋼外，合金鋼加熱時不易過熱，有利于淬火后獲得細馬氏體；有利于適當提高加熱溫度，熔入更多的合金元素，增加鋼的淬透性和力學性能。

②提高淬透性　除鈷以外，大多數合金元素溶入奧氏體后均能增加過冷奧氏體的穩定性，使C曲線右移，降低了馬氏體轉變的臨界冷卻速度，從而提高鋼的淬透性。提高鋼淬透性的元素主要有鉻、錳、硅、鎳、硼。其中有些合金元素甚至使C曲線的形狀發生變化，出現了兩個鼻尖，如圖1．5．2所示。

圖1．5．2　合金元素對C曲線的影響

用合金鋼制造大截面零件，由于加入合金元素，使淬透性提高，可以保證熱處理后整個截面具有比較均勻的組織和性能。對于形狀復雜的合金鋼零件，可采用冷卻能力較弱的淬火介質（如油等）及分級淬火，等溫淬火等工藝，從而降低變形和開裂傾向。

③增加殘余奧氏體的含量　除鋁、鈷外，大多數合金元素都能使Ms，M f下降，使鋼在淬火后，組織中的殘余奧氏體量增加、組織應力與變形量減小。但殘余奧氏體的增加將引起鋼的硬度降低，組織不穩定，也易使工件尺寸產生變化，因此，對于硬度及尺寸穩定性要求較高的刃具、模具、量具，在淬火后一般要進行冷處理或多次回火處理，以促使殘余奧氏體的轉變。

④提高回火穩定性　合金元素溶入馬氏體后，在回火時能延緩馬氏體的分解，并使碳化物的形成、析出和聚集長大的速度減緩，提高了鋼回火過程中抵抗軟化的能力，即提高了回火穩定性。故采用相同溫度回火的條件下，合金鋼的硬度比碳鋼高。

含有強碳化物形成元素的合金鋼，在高溫回火時，將從馬氏體中析出彌散分布的特殊碳化物，并且在回火后部分殘余奧氏體轉變為馬氏體，進一步提高了鋼的硬度，從而使鋼在高溫下保持高的硬度，即紅硬性（耐熱性）。這時工具鋼具有十分重要的意義。

綜上所述，合金元素在鋼中能提高淬透性，細化晶粒、提高回火抗力等，但這些作用只有經過適當的熱處理都能實現。如果熱處理工藝使用不當，反而會產生第二類回火脆性（500～650℃），特別是對成分復雜的合金鋼，應嚴格控制其處理工藝，才能充分發揮材料的優越性。