第一章鋼的合金化概論
s容易與fe結合生成fes，會導致鋼產生熱脆；p與fe結合生成fe**，會導致鋼在冷加工中產生冷脆性；h會殘留在鋼中，產生白點，氫脆。
合金元素總含量小於等於5%稱為低合金鋼；5%-10%為中合金鋼；超過10%為高合金鋼。
一般鋼中合金元素的質量分數大於或等於1%時，這種合金化可稱為巨集合金化；某些微量合金元素（v、nb、ti、zr、ta、b）當其質量分數達到0.1%（b為0.001%）時，可能會顯著地影響鋼的組織效能，這種合金化稱為微合金化，這類鋼稱為微合金鋼。
微合金化元素在鋼的主要作用表現在：1、降低鋼中的有害雜質含量，從而淨化了晶界；2、細化晶粒；3、強化固溶體，同時形成新的強化相。
合金元素與鐵的相互作用：1、擴大γ相區，如mn、ni、co、c、n、cu等合金元素使a3溫度降低，a4溫度公升高，即擴大了γ相區；2、縮小γ相區，如cr、v、ti、mo、w、al、p、sn、sb、as等即傾向於促進鐵素體的形成從而使其穩定化。
化學元素與晶體缺陷（空位、位錯、晶界等）之間的相互作用，會出現空位與溶質金屬形成的的亞穩定集團、碳原子與位錯結合的柯氏氣團以及溶質原子在晶界的偏聚，稱為晶界吸附現象。
合金元素對鐵碳相圖的影響
（1）改變奧氏體相區的位置奧氏體形成元素均使奧氏體存在的區域擴大；
（2）改變共析溫度擴大γ相區的元素時鐵碳相圖中的共析轉變溫度降低，縮小γ相區的元素則使其上公升；
（3）改變s和e等臨界點的碳含量幾乎是所有的合金元素都使共析點（s）和共晶點（e）的含碳量降低，即使s點和e點左移。
合金元素對過冷奧氏體轉變的影響
1）非碳化物形成元素ni、si和弱碳化物形成元素mn，大致保持碳鋼的c曲線形狀，只使c曲線向右做不同程度的移動；
2）非碳化物形成元素co不改變c曲線形狀，使c曲線左移；
3）碳化物形成元素不僅改變c曲線右移，還改變形狀。
合金元素對淬火鋼回火轉變的影響
1）提高耐回火性合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和殘餘奧氏體的轉變（即在較高溫度才開始分解和轉變），提高鐵素體的再結晶溫度，使碳化物難以聚集長大。
2）產生二次硬化與二次淬火 mo、w、v等較強碳化物形成元素含量較高的高合金鋼在回火是，硬度不是隨著回火溫度的公升高而單調公升高，而是達到某一溫度後反而開始提高，當在另一更高溫度達到峰值，這就是回火過程中的二次硬化現象。二次淬火現象就是在殘餘奧氏體較多的高合金鋼淬火組織中，當加熱溫度達到500-600℃時仍不能分解，而析出一些特殊碳化物，是奧氏體轉變為馬氏體。
3）回火脆性的影響鋼在淬火後需要進行回火，目的是降低脆性，提高韌性，穩定組織。
一般認為，mn、cr、ni促進脆性，mo、ti、v、al可改善脆性，si可有效推遲脆性溫度區。
p、sn、b、s、as、bi等雜質元素時引起回火脆性的根源，稱為脆化劑；mn、ni、cr、si等元素促進鋼的回火脆性，稱為促進劑；cr稱為助偏劑；mow和稀土元素能抑制回火脆性。
通常，能使材料強度（主要是屈服強度）提高的過程稱為強化。金屬的強度一般指金屬材料對塑性變形的抵抗能力。
固溶強化遵循的一般規律：1、對同一合金，固溶體濃度越高，則強化效果越好；2、對同一種固溶體，強度隨著濃度增加呈曲線關係公升高，濃度較低時強度公升高較快，以後趨於平緩；3、在固溶強化的同時，合金的塑性將降低；4、採用多元少量的合金化原則
細晶強化：隨著晶粒細化，晶界越多，材料的強度公升高的現象稱為細晶強化，也叫晶界強化。
細晶強化不僅可以提高強度，而且還能改善鋼的塑性和韌性。
形變強化：金屬材料在冷變形過程中強度逐漸公升高的現象稱為形變強化，也叫加工硬化。
第二相強化：第二相強化是指在金屬基體中還存在另乙個或幾個相，這些相的存在使金屬的強度得到提高。
影響第二相強化效果的因素
1）沉澱相的體積比，沉澱相的體積比越大，強化效果越顯著。
2）第二相的瀰散度，第二相瀰散度越大，強化效果越好。
3）硬質點，對位錯運動阻力越大的硬質點，其強化效果越好。
金屬材料韌化所採取的具體措施
1、細化晶粒。2、提高鋼的耐回火性。3、改善基體韌性。4、細化碳化物。5、調整化學成分。6、形變熱處理。7、低碳馬氏體強韌化。8、提高冶金質量。
金屬材料的韌化途徑
1、減小誘發微孔的組成相；2、提高基體塑性；3、增加組織的塑性形變均勻性；4、避免晶界的弱化；5、加入某些可促進在低溫下交滑移的元素。
合金元素對鋼在淬火回火狀態下力學效能的影響
1、除鈷外，所有合金元素均提高鋼的粹透性
2、合金元素對奧氏體晶粒長大的影響決定著淬火後鋼的實際晶粒大小
3、除co、al、外，合金元素含量較多時，馬氏體點降低，殘餘奧氏體量增多，使淬火鋼硬度降低，塑性、韌性提高
4、淬火鋼的效能主要取決於含碳量，即主要取決於碳在α固溶體中的過飽和度
合金元素對淬火狀態下鋼的力學效能的影響特點
1、淬火後兩種鋼的硬度幾乎相同，可是回火後的變化卻不同。低溫回火，硬度基本相同，中溫高溫回火時，合金鋼的硬度下降比碳鋼慢
2、合金鋼在淬火級淬火加回火後，強度指標皆高於碳鋼
3、塑性指標的變化是，在淬火低溫回火後，合金鋼高於碳鋼；在高溫回火後，合金鋼和低碳鋼沒有區別
4、衝擊韌度的變化是，淬火低溫回火後合金鋼的ak值高於碳鋼；中溫回火後合金鋼的ak值顯著降低，和碳鋼不相上下，甚至還低於碳鋼；高溫回火後，合金鋼的ak值又逐漸公升高，超過碳鋼
合金元素對鋼力學效能的影響規律
1、強度和碳鋼相同，衝擊韌度卻大大提高；2、衝擊韌度與碳鋼相同，強度卻大大提高；3、二者幾乎相同
合金元素對鋼低溫力學效能的影響
1）碳是重要的脆化元素。2）氮是增加應變失效敏感性的元素，因此最好把氮固定住。3）是晶間誘導脆化元素，隨著氧含量的提高，鋼的脆性轉變溫度顯著提高。
4）硫是以夾雜物形態存在，硫降低鋼的衝擊韌度。5）磷影響位錯的交叉滑移，是促進鋼低溫脆化的元素，同時，磷還容易在晶界偏析。6）錫等低溶點夾雜物對鋼的脆性轉變溫度也會帶來不利的影響。
7）鎳是提高鋼低溫韌性最有效的元素，隨著鋼中鎳含量的增加，鋼的低溫衝擊韌度提高，最低使用溫度降低。8）細化晶粒的元素都提高鋼的衝擊韌度，包括低溫衝擊韌度粹透性。
鋼的粹透性是指在規定條件下，決定鋼材粹硬深度和硬度分布的特徵，也就是鋼在淬火是獲得馬氏體的能力。
粹硬性：粹硬性是指在理想條件的淬火條件下，以超過臨界冷卻速度冷卻所形成的馬氏體組織能夠達到的最高硬度。
淬火內應力是指在淬火過程中由於工件不同部位的溫度差異以及組織轉變的不同時所引起的內應力。
微量元素：是指以微量代入或加入鋼中的化學元素，這些元素雖然含量很低，但往往會對合金效能產生明顯的影響。
微量元素的有益作用
1）淨化作用。這些元素具有脫氧、退氮、降氫的作用，能減少非金屬夾雜物，改善夾雜物的型別和分布
2）變質作用。3）改變夾雜物性質或形態。3）微合金化作用
微合金元素在鋼中幾種分布形式
1、微量合金元素均勻分布在基體固溶體中；
2、微量合金元素原子與固溶體中其他原子之間發生互動作用；
3、微量合金元素偏聚與空位，位錯或晶界，相界和表面等缺陷處。
v、ti、nb等元素在鋼中形成碳化物或氮化物，是微合金化常用的主要元素
合金元素對非調製鋼強度和韌性的影響：c、n、v、nb、p等元素提高強度，降低韌性；ti元素降低強敵，提高韌性；mn、cr、cu+ni、mo等元素提高強度，同時又改善韌性；al元素無明顯影響，但形成aln可細化晶粒，改善韌性。
第二章工程構件用鋼
結構用鋼的基本要求：1、有足夠的強度和韌度；2、良好的工藝效能；3、良好的焊接性以及一定的耐蝕性。
合金元素通過固溶強化，析出瀰散強化，細化晶粒強化和增加珠光體含量等強化機制來提高鋼的強度
在低強度高合金鋼中，利用ti、v、nb等元素細化晶粒和產生沉澱強化。這些微合金元素能生成瀰散的碳化物、氮化物和碳氮化物，加熱時能阻止奧氏體晶粒的長大，冷卻轉變後可得到細小的鐵素體和珠光體，所以常用來細化晶粒。
碳素工程結構鋼按屈服強度分為四級，即q195、q215、q235和q275，其中q表示屈服強度，其後的數字表示屈服強度值，單位是mpa。
碳素工程鋼的特點：1、含碳量低；2、除q195不分等級外，其餘三類均按硫、磷含量高低分成若干質量等級；3、規定了各種鋼的脫氧方法
微合金元素在鋼中的作用：
①阻止奧氏體晶粒的長大：②抑制奧氏體形變再結晶：應變誘導析出鈦、鈮、釩的碳化物或碳氮化物，沉澱在晶界、亞晶界和位錯上，其釘扎作用，抑制再結晶。
鈮最強，鈦次之，釩較弱。③形成沉澱相促進沉澱強化
生產工藝特點：運用控制軋制和控制冷卻生產工藝，通過化學成分和生產工藝的最佳配合達到最好的強韌化效果，即細化晶粒強化和沉澱強化的最佳組合。
軋制過程分為加熱，粗軋和精軋三個階段
雙相鋼：指顯微組織只要是由鐵素體和5%-20%（體積分數）的馬氏體所組成的低合金高強度鋼。
雙相鋼按生產工藝分為退火雙相鋼和熱軋雙相鋼。
第三章機器零件用鋼
機器零件的主要效能指標為疲勞強度s、抗拉強度rm、吸收能量kv、斷裂韌度kic等。這類鋼主要有調質鋼、彈簧鋼、軸承鋼、低碳鋼、低碳馬氏體鋼、超高強度鋼等。
結構鋼經淬火並高溫回火處理後具有良好的綜合力學效能，有較高的強韌性，適用於這種熱處理的鋼種稱為調質鋼。
調質鋼的碳含量質量分數通常為0.25%-0.45%。
調質鋼中鉻提高鋼的淬透性，同時提高耐回火性，但有回火脆性的傾向。加入錳能提高鋼的淬透性，易使鋼有過熱傾向和回火脆性傾向。鉬能進一步提高淬透性，既能提高耐回火性，細化晶粒，又能有效的消除或大大降低回火脆性傾向。
釩是強碳化物形成元素，能有效的細化晶粒，提高淬透性，降低鋼的過熱敏感性。
彈簧鋼的效能要求
1 具有高的強度極限，特別是彈性極限，還要求有高的屈強比，以提高強度的利用率。
2具有高的疲勞極限：在熱處理過程中，盡量預防表面缺陷和減輕表面脫碳。採用噴丸處理可顯著改善彈簧的表面狀態，大大提高彈簧的使用壽命。
3 具有較好的工藝效能：具有一定的塑性和淬透性，過熱敏感性要小，不易脫碳。
4 良好的耐熱性和耐蝕性，足夠的韌性
加入si、mn 提高淬透性、 固溶強化鐵素體、提高鋼的回火穩定性。si提高彈性極限※，缺點：含量高時增大c石墨化傾向（特別軟），且在加熱時易於脫碳。
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