【正文】 它們分為兩大類。它們使As點下降，A4點上升，從而擴大相的存在范圍。 縮小相區(qū)元素 亦稱鐵素體穩(wěn)定化元素，主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。其中Cr、Mo、W、V、Ti，Al、Si等元素超過一定含量時，A3點于A4點重合，使相區(qū)被封閉，這時合金在固態(tài)范圍內(nèi)一直處于單相a相狀態(tài)，（a）的FeCr相圖所示，它人稱為完全封閉區(qū)的元素。 Cr，原子% Nb原子% Fe－Cr相圖 Fe－Nb相圖 縮小區(qū)的FeMe相圖上述元素中，只有C、N、B、與鐵形成間隙固溶體，其它均與鐵形成置換固溶體。常用非碳化物形成元素有：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。常用碳化物形成元素有：Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等（按形成的碳化物的穩(wěn)定性程度由弱到強的次序排列。Mn與碳的親合力較弱，少部分溶于滲碳體中，大部分溶于鐵素體或奧氏體中。而與碳的親合力很強的元素V、Nb、Zr、Ti等，幾乎都是形成特殊碳化物。合金碳化物MnC、CrCCr2CFeW 3C等，比合金滲碳體的穩(wěn)定性更高，而特殊碳化物MoW2c、Vc、TiC等的穩(wěn)定性最高。 鋼中常見碳化物的類型及基本特性合金元素對鐵碳相圖的影響與對純鐵的影響類似，但更復(fù)雜一些?？s小相區(qū)元素均縮小鐵碳相圖中奧氏體存在的區(qū)域，其中完全封閉區(qū)的元素（例如Cr、Ti、Si等）超過一定含量后，可使鋼在包括室溫在內(nèi)的廣大溫度范圍內(nèi)獲得單相鐵素體組織，例如lCrl7Ti高鉻鐵素體不銹鋼等。（a）所示。（b）所示，幾乎所有合金元素都使共析點碳含量降低；共晶點也有類似的規(guī)律，尤以強碳化物形成元素的作用最強烈。例如，%C的3Cr2W8V熱模具鋼已為過共析鋼，%的Wl8Cr4V高速鋼，在鑄態(tài)下已具有萊氏體組織。 合金元素影響加熱時奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。為了加速碳化物的溶解和奧氏體成分的勻化，必須提高加熱溫度并保溫更長的時間。Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。碳化物形成元素的作用最明顯，因形成的碳化物在高溫下較穩(wěn)定，不易溶于奧氏體中，能阻礙其晶界外移，顯著細化晶粒。Al在鋼中易形成高熔點Aln、Al2O3細質(zhì)點，也強烈阻止晶粒長大。：Si、Ni、Cu。由于錳鋼有較強的熱傾向，其加熱溫度不應(yīng)過高，保溫時間應(yīng)較短。 合金元素對碳鋼C曲線的影響這是鋼中加入合金元素的主要目的之一。微量硼（%）即能明顯提高淬透性，但其作用不穩(wěn)定。必須指出，加入的合金元素，只有完全溶于奧氏體中時才能提高淬透性的元素使用。別外，兩種或多種合金元素的同時加入對淬透性的影響，比單元素的影響總和還強得多，例如鉻錳、鉻鎳鋼等。其作用強度的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。Ms、Mf點的下降，使鋼中殘余奧氏體量增多（），許多高碳高合金鋼中的殘余奧氏體量可高達3040%以上。此外，合金元素還影響馬氏體的形態(tài)，Ni、Cr、Mn、Mo、Co等均增大片壯馬氏體形成的傾向。使得合金鋼在相同溫度下回火時，比同樣碳含量的碳鋼具有更高的硬度和強度（對工具鋼和耐熱鋼特別重要），或者在保證相同強度的條件下，可在更高的溫度下回火，而使韌性更好些（對結(jié)構(gòu)很重要）。2）產(chǎn)生二次硬化 一些Mo、W、V含量較高的鋼回火時，硬度不是隨回火溫度的升高單調(diào)降低，而是到某一溫度（約400℃）后反而開始增大，并在另一更高溫度（一般為550℃左右）達到峰值。當(dāng)回火溫度低于約450℃時，鋼中析出滲碳體；在450℃以上滲碳體溶解，鋼中開始沉淀出彌散穩(wěn)定的難熔碳化物M02C、W2C、VC，使硬度重新升高，而在550℃左右沉淀過程完成時，硬度達到峰值。產(chǎn)生以上兩類二次硬化效應(yīng)的合金元素見表2。250400℃間的第一類回火脆性，是由相變機制本身決定的，無法消除，只能避開，但加入13%硅，可使其溫區(qū)移向較高溫度。鋼中加入適當(dāng)?shù)腗o或W（%Mo,1%W），因強烈阻礙和延遲雜質(zhì)元素等往晶界的擴散偏聚，也可基本上消除這類脆性。強度一般指對塑性變形的抗力。由前面已經(jīng)闡述過的金屬結(jié)構(gòu)中能阻礙位錯運動的障礙可以主要歸納為四種，因而強化機制也有四種：溶質(zhì)原子——固溶強化；晶界——細晶強化；第二相粒子——第二相強化；位錯——位錯強化。此應(yīng)力場與運動位錯的應(yīng)力場發(fā)生交互作用，使位錯的運動受阻。間隙式溶質(zhì)原子（如鋼中的C、N等）所產(chǎn)生的強化量 ，大致與溶質(zhì)濃度的平方根成正比（強化作用較置換式溶質(zhì)原子大10100倍以上）： =式中Ci代表間隙的原子百分濃度；Ki是比例系數(shù)。其中C、N的強化效果最大；P的強化效果也很顯著，但它增大鋼的冷脆性；一般以Mn、Si等為強化元素較適宜。晶界能有效地阻礙位錯運動，使金屬強化。強化量 與晶粒度有以下關(guān)系：=K式中d代表晶粒的直勁；Kg是與晶粒尺寸無關(guān)的比例系數(shù)。大角度晶界的Kg值較大，小角度晶界的Kg值較小，前者比后者的強化作用大得多。 合金元素對鐵素體屈服強度的影響。第二相強化：運動位錯通過位于滑移面上的第二相粒子時，需要消耗額外的能量，使合金發(fā)生強化。當(dāng)粒子間距或粒子直徑很小時，位錯切割粒子而通過[（a）]，強化效應(yīng)隨粒子間距的增大而增強；但當(dāng)粒子間距大于某臨界值時（例如一般工業(yè)合金的情況），位錯則繞過粒[（b）]，其強化量與粒子間距成反比，即粒子愈大，強化量 愈?。? =式中 代表粒子間距：Kp是比例系數(shù)。因此，要求第二相粒子有很高的彌散度。一種是依靠熱處理從過飽和固溶體中沉淀析出第二相（稱為析出強化或沉淀硬化）；另一種是利用機械、化學(xué)等方法引入極細的第二相粒子（物為分散硬化）。片愈細，間距愈小，強化作用愈大。位錯所造成的強化量 與金屬中的位錯密度的平方根成比例：=式中P代表位錯密度；Kd是比例系數(shù)。面心立方金屬（例如Cu、Al）利用位錯強化是很有利的。合金中的相變，特別是低溫下伴隨有容積變化的相變，如馬氏體相變等，都會造成大量的位錯，也能使合金顯著強化。2）鋼的強化 提高鋼強度最重要的方法是淬火和隨后回火。馬氏體中溶有過飽和碳和合金元素，產(chǎn)生很強的固溶強化效應(yīng)：馬氏體形成時產(chǎn)生高密度位錯，位錯強化效應(yīng)很大；奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，形成許多極細小的、取向不同的馬氏體束，產(chǎn)生細晶強化效應(yīng)。淬火后回火，馬氏 中的同細碳化物粒子，間隙固溶強化效應(yīng)大大減小，但產(chǎn)生強烈的析出強化效應(yīng)。由此可知，馬氏體強化充分而合理地利用了全部四種強化機制，是鋼的最經(jīng)濟和最有效的強化方法。合金元素通過置換固溶強化機制，能夠直接提高鋼的強度，但作用有限。合金元素加入的第二個目的是提高鋼的回火穩(wěn)定性，使鋼回火時析出的碳化物更細小、均勻和穩(wěn)定；并使馬氏體的微細晶粒及高密度位錯保持到較高溫度。此外，有些合金元素還可使鋼產(chǎn)生二次硬化，得到良好的高溫性能。 合金元素對鋼的韌性的影響1）韌性的概念 韌性是指材料對斷裂的抗力。按照斷裂的性質(zhì)分，它可分為兩類：脆性斷裂，斷裂時不發(fā)生明顯的塑性變形；韌性斷裂，斷裂時生顯著的塑性變形。第一種是解理斷裂，金屬沿特定的晶面（鋼的解理面為{100}）斷開，為典型的和質(zhì)量重要的脆性斷裂形式，多發(fā)生在溫度低，加載速度大、金屬塑性差的情況下；第二種是韌窩斷裂，以金屬中某些第二相粒子或夾雜物為中心形成孔洞，然后孔洞長大、匯合而導(dǎo)致斷裂，在斷口上有大量窩坑，是一種韌性斷裂形式；第三種是沿晶斷裂，裂紋由晶界產(chǎn)生并沿晶界傳播而發(fā)生斷裂，是很脆的斷裂形式，主要由于晶界上元素富集，析出第二相特別是脆性相所引起。中、低強鋼( ∠600MN/㎡)和高強鋼（ ﹥100MN/㎡）。低、中強鋼的TC較高，而且在TC以下解理斷裂時韌性非常低，在TC以上韌窩斷裂時韌性較高，所以只要不發(fā)生解理斷裂，它們一般都有足夠高上由鋼的解理斷裂抗力來決定。這樣，判斷其韌性大小的標(biāo)準，不是沖擊韌性的絕對值，而是TC的高低。 中、低強度鋼和高強度鋼的沖擊韌性隨溫度變化的關(guān)系2）提高鋼韌性的途徑與強度比較，韌性對組織更敏感，影響強度的因素，對韌性的影響更大。 鋼中加入少量Ti、V、Nb、Al、等元素，形成TiC、VC、NbC、AlN等細小穩(wěn)定的化合物粒子，阻礙奧氏體晶粒長大，使鋼晶粒細化，增多晶界的總面積， 各種強化機制對低合金高強度鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響這不僅于強度有利，而且因增大了裂紋擴展有阻力，能顯著提高鋼的韌性特別是低溫韌性。但是某些置換元素例如鎳，溶入鐵素體中能改變位錯運動的特點，使其容易繞過某些障礙，避免產(chǎn)生大的應(yīng)力集中，而不至導(dǎo)致解理斷裂，所以可大大改善基體的韌性。大多數(shù)低溫鋼都是高鎳鋼。 鋼的間隙固溶強化和位錯強化是最有效的強化方法，但它們帶來較大脆性?；鼗饻囟鹊奶岣?，能更充分地降低間隙固溶程度和位錯密度，更多地減輕其脆化作用，而使鋼的韌性顯著改善。粗大的碳化物對強度和韌性沒有任何好處。在組織為鐵素體和珠光體的鋼中，錳對碳化物的細化作用最有效。 非金屬夾雜、氫及其它雜質(zhì)元素在合金鋼中的有害作用表現(xiàn)得最強烈，對它們要嚴格控制。稀士元素具有強烈的脫氧和去硫能力，對氫的吸附能力也很大，另外還能改善非金屬夾雜物的形態(tài)，使其在鋼中呈粒狀分布，所以可以顯著改善鋼的韌性，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料沒有良好的工藝性能，很難獲得廣泛應(yīng)用。1）鑄造性能 鑄造性能主要由鑄造時金屬的流動性、收縮特點、偏析傾向等來綜合評定。固、液相線的溫度愈低和結(jié)晶溫區(qū)愈窄，鑄造性能愈好。共晶成分的鑄造性能最好，鋼因離共晶成分較遠，鑄造性能較差，另外，許多元素如Cr、Mo、V、Ti、Al等，在鋼中形成高熔點碳化物或氧化物質(zhì)點，增大鋼液粘度，降低其流動性，使鑄造性能惡化。熱加工工藝性能通常由熱加工時金屬的塑性和變形抗力、可加工溫度范圍、抗氧化能力、對鍛造加熱鍛后冷卻的要求等來評價。但有些元素（如Nb、Ti、V等），其碳化物在鋼中彌散分布時，對塑性影響不大?？偟恼f，合金鋼的鍛造性能比碳鋼差得多。合金元素溶于固溶體中時都提高鋼的冷加工硬化率，使鋼變硬、變脆，易開裂，或難以繼續(xù)成形。Si、Ni、Cr、V、Cu等降低鋼的深沖性能，Nb、Ti、Zr、和Re因能改善硫化物的形態(tài)，提高鋼的沖壓性能。合金元素都提高鋼的淬透性，促進較脆組織（馬氏體）的形成，對焊接性能不利。例如，對于C﹥%的Mn鋼、熱軋鋼、調(diào)質(zhì)鋼，碳當(dāng)量Ceq為： =C+Mn+Si+Ni+Cr+Mo+V (%)式中元素符號代表其重量百分含量。碳含量對鋼的焊接性能影響最大，焊接性能好的鋼是低碳鋼。但鋼中含有少量鈦和釩，因形成穩(wěn)定的碳化物，使晶粒細化并降低淬透，可改善鋼的焊接性能。切削性能與材料硬度有密切關(guān)系。硬度過低，切削時粘刀，易形成刀瘤，加工表面光潔度差；硬度過高，切削抗力大，刀具易磨損。比較適合切削加工的組織，對中、低碳鋼為細珠光體；對高碳鋼為球狀珠光體。%以下時，鋼的切削性能隨碳含量增加而改善；%時，需經(jīng)熱處理降低硬度。即使在較佳切削硬度范圍內(nèi)，由于合金鋼中的碳化物較耐磨，耐熱鋼具有較高的高溫硬度，奧氏體不銹鋼有較強的加工硬化能力等等，使合金鋼比碳鋼更難切削。最常用的元素是硫。硫在鋼中錳形成球狀硫化錳夾雜，破壞金屬基體的連續(xù)性，使切削抗力降低，切屑易于碎斷?！?，—%。上述元素的復(fù)合加入，分別得到硫一磷易削鋼、硫一磷一鉛易削鋼，等等。合金鋼的淬透性高使淬火燥作變得比較容易，并且減少工件變形和開裂的傾向。加入錳、硅會增大鋼的過熱敏感性。它具有重量輕（約占飛機重量的3%~5%）、體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點。就飛機結(jié)構(gòu)的完整性來說，它又是重要而薄弱的構(gòu)件。在選用材料的強度時，應(yīng)考慮持續(xù)的振動和疲勞載荷對材料強度的影響，就是說材料的屈服強度，在使用過程中，并不是恒定不變的。為了準確確定其指標(biāo)的具體數(shù)值，根據(jù)起落架的幾何尺寸，工作中承受載荷的大小，計算出零件的工作應(yīng)力分布，再根據(jù)應(yīng)力、使用壽命或安全性與實驗室性能之間的關(guān)系，確定對實驗室性能指標(biāo)的要求，