合金元素在钢的热处理和力学性能中的影响

合金元素对钢的有利作用，主要是通过影响热处理工艺中的相变过程显示出来的。因此，合金钢的优越性大多都要通过热处理才能充分发挥出来。

1.合金元素对钢加热转变的影响

合金钢的奥氏体形成过程，基本上与非合金钢相同，也包括奥氏体的形核、核长大、碳化物的溶解和奥氏体化学成分的均匀化过程。在奥氏体的形成过程中，除Fe、C原子扩散外，还有合金元素的扩散。由于合金元素的扩散速度较慢，且大多数合金元素(除Ni、Co外)均减慢碳原子的扩散速度，加之合金碳化物比较稳定，不易溶入奥氏体中，因此在不同程度上合金元素减缓了奥氏体的形成过程。所以，为了获得均匀的奥氏体，大多数合金钢都需加热到较高的温度并需较长时间的保温。

2.合金元素对回火转变的影响

合金元素对钢回火时组织与性能的变化，都有不同程度的影响，主要是提高了钢的耐回火性，有些合金元素还造成二次硬化现象和产生钢的回火脆性。

(1)合金元素提高钢的耐回火性。合金钢与非合金钢相比，回火的各个转变过程都将推迟到更高的温度。在相同的回火温度下，合金钢的硬度高于非合金钢，使钢在较高温度下回火时仍能保持高硬度。这种淬火钢件在回火时抵抗软化的能力，称为耐回火性(或回火稳定性)。合金钢有较好的耐回火性。若在相同硬度下，合金钢的回火温度则要高于非合金钢的回火温度，更有利于消除淬火应力，提高韧性，因此可获得更好的综合力学性能，如图7－1所示。(www.xing528.com)

(2)二次硬化现象。某些含有较多W、Mo、V、Cr、Ti元素的合金钢，在500℃～600℃高温回火时，高硬度的合金碳化物(W2C、Mo2C、ⅤC、Cr7C3、TiC等)以微小颗粒状态析出并弥散在钢的组织中，使钢的硬度升高，这种铁碳合金在一次或多次回火后提高其硬度的现象称为二次硬化，如图7－2所示。高速钢和高铬钢在回火时都会产生二次硬化现象，这对于提高其热硬性都有直接影响。

图7－1　合金钢与非合金钢的硬度与回火温度的关系

图7－2　钼元素对钢回火后硬度的影响

综上所述，合金钢的力学性能比非合金钢好，这主要是因为合金元素提高了钢的淬透性和耐回火性，以及细化奥氏体晶粒，使铁素体固溶强化效果增强所致。而且合金元素的作用大多都要通过热处理才能发挥出来，因此合金钢多在热处理状态下使用。