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钢材中各元素对性能性的影响钢材是一种合金材料，由铁和碳以及其他一些合金元素组成。
这些合金元素对钢材的性能有着重要的影响。
以下是一些常见合金元素及其对钢材性能的影响：1.碳（C）：碳是钢中最重要的合金元素之一、它可以增加钢的硬度和强度，提高钢的耐磨性和耐蚀性。
高碳钢通常用于制造刀具和弹簧，而低碳钢用于制造汽车零部件和钢材结构。
2.锰（Mn）：锰可以增加钢的硬度和强度，并提高钢的韧性。
锰也有助于钢的抗变形和耐疲劳性能。
锰的含量通常在0.3％-1.65％之间。
3.硅（Si）：硅可以提高钢的强度和硬度。
在不锈钢中，硅还有助于提高耐高温和耐腐蚀性能。
硅的含量通常在0.15％-0.5％之间。
4.磷（P）和硫（S）：磷和硫是常见的杂质元素，它们会降低钢的韧性和塑性，使钢易于出现脆性断裂。
因此，在高品质钢材中通常限制其含量，并采取措施去除或减少这些元素。
5.铬（Cr）：铬可以提高钢的抗腐蚀性能，特别是在高温和潮湿环境中。
在不锈钢中，铬的含量通常在10％-30％之间。
6.镍（Ni）：镍可以提高钢的强度和韧性，并改善钢的耐腐蚀性能。
镍的含量通常在8％-25％之间。
7.钼（Mo）：钼可以提高钢的硬度和强度，特别是在高温下。
钼还能提高钢的耐腐蚀性能和抗变形能力。
钼的含量通常在0.2％-5％之间。
8.钛（Ti）：钛可以细化钢的晶粒结构，提高韧性和强度。
钛还能和氮形成氮化钛，进一步提高钢的硬度和耐磨性。
9.铌（Nb）：铌可以改善钢的韧性和抗变形能力。
铌还能形成碳化铌，进一步提高钢的硬度和耐磨性。
10.钒（V）：钒可以提高钢的硬度和强度，特别是在高温下。
钒还能提高钢的耐磨性和耐腐蚀性能。
钒的含量通常在0.1％-0.5％之间。
除了以上列举的合金元素外，还有其他一些合金元素，如铜（Cu），铝（Al），氮（N）等，它们也可以影响钢材的性能，但作用相对较小。
总之，合金元素的含量和种类对钢材的性能有着重要的影响。
钢铁生产厂商根据钢材的具体用途和要求，通过调整合金元素的含量和比例，来获得所需的钢材性能。
各种合金元素在钢铁中的作用1.碳（C）：碳是钢铁中最重要的合金元素之一、适当的碳含量可以增强钢铁的硬度和强度。
碳含量低于0.2%的钢称为低碳钢，适用于焊接和冷冲压加工；碳含量在0.2%到0.5%之间的钢称为中碳钢，具有适中的硬度和强度，适用于机械加工和热处理；碳含量大于0.5%的钢称为高碳钢，具有良好的硬度和耐磨性，适用于制作刀具和弹簧。
2.硅（Si）：硅可以提高钢铁的热强度和耐腐蚀性，减少钢铁的热膨胀系数。
适当的硅含量可以提高钢铁的刚性和强度，并且有利于热处理。
3.锰（Mn）：锰可以提高钢铁的韧性和强度。
锰的含量越高，钢的强度和硬度越高。
锰还可以提高钢的耐磨性和耐蚀性。
4.磷（P）：在低碳钢中，磷可减少钢的韧性和冷加工性能。
在高碳钢中，磷可改善钢铁的切削性能。
因此，磷含量需要适度控制。
5.硫（S）：硫可增加钢铁的切削性，但会降低钢铁的塑性和韧性。
因此，在高质量的钢铁制造中，硫含量需要控制在很低的水平。
6.铬（Cr）：铬可以提高钢铁的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
铬还可以改善钢的高温强度和耐氧化性。
不锈钢中的铬含量一般在10%到30%之间。
7.镍（Ni）：镍可以提高钢铁的韧性和耐腐蚀性。
镍还可以改善钢的高温强度和耐疲劳性。
镍含量在不锈钢中一般在8%到25%之间。
8.钼（Mo）：钼可以提高钢铁的强度、硬度和抗热变形能力。
钼还可以改善钢的耐蚀性和耐高温性能。
钼含量在不锈钢中一般在1%到10%之间。
9.钛（Ti）、铌（Nb）、钒（V）等微量合金元素：这些元素通常用作钢铁的强化剂，可以提高钢铁的强度和韧性，同时改善钢铁的热处理性能。
综上所述，合金元素在钢铁中起到非常重要的作用。
通过合适的合金化处理，可以改善钢铁的力学性能、耐蚀性和热处理性能，使其满足不同应用领域的需求。
钢中的合金元素与杂质元素碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)通常被称为钢铁材料的五大元素。
C，Si，Mn对钢铁材料是有益的，称为合金元素；P和S则是有害元素，称为杂质元素；N、H、O等元素的影响。
（1）锰的影响锰在钢中的存在也属于有益元素，它与氧有较强的亲合力，具有较好的脱氧能力，在炼钢时作为脱氧剂加入。
另外锰与硫的亲合力很强，在钢液中与硫形成M n S，起到去硫作用，大大的消除了硫的有害影响。
钢中的含锰量一般为0.25~0.80%，它一部分溶入铁素体起到固溶强化作用，提高铁素体的强度，锰还可溶入渗碳体形成合金渗碳体（F e，M n）3C，使钢具有较高的强度；另一部分锰与硫形成M n S，与氧形成M n O，这些非金属夹杂物大部分进入炉渣。
（2）硅的影响硅在钢中的存在属于有益元素，由于它与氧有很大的亲合力，具有很好地脱氧能力。
在炼钢时作为脱氧剂加入，S i+2F eO=2F e+Si O2，硅与氧化铁反应生成二氧化硅（Si O2）非金属夹杂物，一般大部分进入炉渣，消除了F e O的有害作用。
但如果它以夹杂物形式存在于钢中，将影响钢的性能。
碳钢中的含硅量一般S i%≤0.4%，它大部分溶入铁素体，起固溶强化作用，提高铁素体的强度，而使钢具有较高的强度。
（3）硫的影响硫在钢中是有害的杂质。
液态时F e、S能够互溶，固态时Fe几乎不溶解硫，而与硫形成熔点为1190℃的化合物F e S。
形成的共晶体（γ-F e+F eS）以离异共晶形式分布在γ-F e晶界处。
若将含有硫化铁共晶体的钢加热到轧制、锻造温度时，共晶体熔化，进行轧制或锻造时，钢将沿晶界开裂，这种现象称为钢的“热脆”或“红脆”。
磷在钢中的存在一般属于有害元素。
在1049℃时，磷在F e中的最大溶解度可达 2.55%，在室温时溶解度仍在1%左右，因此磷具有较高的固溶强化作用，使钢的强度、硬度显著提高，但也使钢的塑性，韧性剧烈降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧升高，这种现象称为冷脆。
三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。
五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。
五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。
硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
合金结构钢中的合金元素量
合金结构钢是一种含有合金元素的钢铁材料，其合金元素的含量可以根据不同的合金钢种类和用途而有所不同。
一般来说，合金结构钢中的合金元素可以包括钼（Mo）、铬（Cr）、镍（Ni）、钒（V）、锰（Mn）、硅（Si）等。
这些合金元素的含量会根据具体的合金配方和钢材标准而有所差异。
钢材中的合金元素主要是为了改善钢的力学性能、耐磨性、耐腐蚀性等特性。
例如，加入钼可以提高钢的强度和硬度；铬可以增加钢的耐腐蚀性和耐磨性；镍可以提高钢的塑性和韧性。
因此，合金结构钢中的合金元素含量的确定需要根据具体的设计要求和性能指标来进行调配。
在一般情况下，合金结构钢中合金元素的含量一般在1%以下，具体含量会根据不同的牌号和标准有所不同。
例如，一些高强度合金结构钢中，钼的含量可能会达到1%以上，而一般的碳钢中合金元素的含量相对较低。
总的来说，合金结构钢中的合金元素含量是根据钢材的设计要
求和性能指标来确定的，不同的合金元素对钢材的性能影响也各有不同，因此具体的含量需要根据具体的材料要求来确定。
冷作模具钢中合金元素的作用
在冷作模具钢中，合金元素的作用主要在于提高淬透性和耐磨性。
这些元素通常包括铬（Cr）、钼（Mo）、钴（Co）等。
1. 铬（Cr）：是一种重要的合金元素，可以为钢提供强度、硬度和耐腐蚀性能。
在冷作模具钢中，铬的主要作用是增加钢的硬度和耐磨性。
同时，铬还可以形成硬质的氧化物膜，防止钢材的氧化和腐蚀。
2. 钼（Mo）：一种常见的微合金元素，在冷作模具钢中的作用主要是增加
钢材的硬度和尺寸稳定性。
此外，钼还可以提高钢的高温强度和耐腐蚀性。
3. 钴（Co）：一种贵重的合金元素，主要用于增加钢材的强度和韧性。
在
冷作模具钢中，钴的主要作用是提高钢材的强度和耐磨性能，特别适用于大型模具的制造。
请注意，对于耐磨性要求高的模具，多采用加入碳化物形成元素，例如Cr、Mo、W、V等元素的多元合金钢。
如需更多关于冷作模具钢中合金元素作
用的信息，建议查阅金属材料专业书籍或咨询金属材料领域专业人士。
钢铁材料的分类钢铁是一种常见的金属材料，广泛应用于工业领域。
根据不同的分类标准，钢铁可以分为多种类型。
本文将介绍钢铁材料的一些主要分类。
一、根据成分分类：1. 碳钢：碳为主要合金元素，碳含量在0.05%-2.0%之间的钢铁。
根据碳含量的不同，又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
2. 合金钢：除了碳以外，还含有其他合金元素（如锰、铬、镍、钼等）的钢铁。
合金钢可按主要合金元素进行分类，如锰合金钢、铬合金钢等。
3. 不锈钢：主要合金元素为铬，具有耐腐蚀性能的钢铁。
不锈钢又可分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢等不同类型。
4. 工具钢：用于制造各种工具的高强度钢铁。
工具钢根据用途和性能要求的不同，又可分为冷作工具钢、高速工具钢、耐热工具钢等。
5. 耐磨钢：具有较高的耐磨性能的钢铁，适用于矿山、建筑等场合。
根据耐磨性能的不同，耐磨钢又可分为高锰钢、铬质耐磨钢等。
二、根据生产工艺分类：1. 铸钢：通过熔化后浇注入模具中并凝固形成固态的钢铁。
铸钢可根据浇注方法不同分为连铸钢和浇铸钢。
2. 锻钢：通过加热钢坯至塑性状态后，在压力作用下使钢坯发生塑性变形，形成所需形状的钢铁。
锻钢可根据锻造温度不同分为热锻钢和冷锻钢。
3. 拉延钢：通过将钢坯加热至塑性状态后，利用拉力使钢坯发生塑性变形，形成所需形状的钢铁。
4. 轧钢：通过将钢坯经过连续轧制工艺，在高温下使钢坯发生塑性变形，形成所需形状的钢铁。
三、根据用途分类：1. 结构钢：用于制造各种建筑结构、桥梁、制船等工程。
根据用途和性能要求的不同，结构钢可分为碳素结构钢、合金结构钢等。
2. 密封钢：用于制造容器、管道等要求有密封性能的工业设备。
密封钢一般要求耐腐蚀、耐高温、耐压等特性。
3. 弹簧钢：用于制造各种弹簧，具有较高的弹性模量和弹性极限，能够承受较大的变形和恢复。
4. 导热钢：用于制造散热器、炉具等导热设备。
导热钢要求具有良好的热导性能和高温稳定性。
5. 刀具钢：用于制造各种切削工具，如刀片、刀具等。
合金元素在钢铁中的存在形式及其影响1.碳(C)碳是钢铁中的重要元素,它是区分钢铁的主要标志之一。
在决定钢号时,往往注意碳的含量。
碳对钢铁的性能起决定性的作用。
由于碳的存在,才能将钢进行热处理,才能调节和改变其机械性能。
当碳含量在一定范围内时。
随着碳含量的增加,钢的硬度和强度得到提高,其塑性和韧性下降;反之,则硬度和强度下降,而塑性和韧性提高。
由于碳含量在钢铁中的重要作用,所以快速、准确地测定钢铁中的碳含量也就具有相当重要的意义。
2.硅(Si)硅在钢铁中主要以固溶体形式存在,还可形成硅化物,其形式有MnSi或FeMnSi等;也有少许以硅酸盐以及游离SiO2的形式成为钢铁中非金属夹杂物而存在;在高碳钢中可能有少量SiC形式存在。
硅能增强钢的抗张力、弹性、耐酸性和耐热性,又能增大钢的电阻系数。
故钢中含量硅一般不小于0.10%;作为一种合金元素,一般不低于0.4%;耐酸耐热钢及弹簧钢中、含量硅较高;而硅钢中含硅量可高达4%以上。
3.磷(P)磷在钢中以固溶体和磷化物形态存在。
磷化物形态有Fe3P,Fe2P等。
Fe3P是一种很硬而脆性大的物质。
当磷含量高时易形成Fe3P,增加钢的冷脆敏感性,增加钢的回火脆性以及焊接裂纹敏感性。
一般认为在钢中含磷量高于0.1%,便会发生上述的危害性。
通常的情况下认为磷是钢中的有害的元素,但是它也是可利用的一面。
例如,磷和铜联合作用时,能提高钢的抗蚀性;它和锰、硫联合作用时,能改善钢的切削加工性。
硫(S)硫主要以硫化物的形态存在于钢中。
一般认为硫是钢中的有害元素之一。
硫在钢中易于偏析,恶化钢的质量。
如以熔点较低的FeS的形式存在时,将导致钢的热脆现象。
此外,硫存在于钢内能使钢的机械性能降低,同时对钢的耐蚀性、可焊性也不利。
5. 锰(Mn)锰在钢中能形成固溶体。
在冶炼钢铁过程中,通常作为脱氧剂及脱硫剂而特意加入。
锰与硫能形成熔点较高的MnS,可防止因FeS而导致的热脆现象,并提高了钢的可锻性。
1 钢铁中的合金元素1.1 概 述碳素钢的生产应用有着漫长的历史，其力学性能和工艺性能可以满足制造大多数机械零件和工程结构件的要求，而且生产成本低廉，因此被大量使用。
但是，碳素钢存在一些不足之处。
低碳钢有良好的塑性、韧性，但强度、硬度低。
通过提高碳含量，可以提高碳素钢的强度和硬度，但同时导致其塑性、韧性明显下降，因此，碳素钢的综合力学性能差。
随着温度的上升，钢的强度、硬度呈下降趋势。
在200 ︒C以上，碳素工具钢的强度、硬度与室温相比将显著下降，不能满足切削的要求。
如果碳素钢制作的零部件用于在更高温度（＞450 ︒C）下长时间工作的设备（如火力发电站的锅炉、管道、汽轮机，内燃机、喷气发动机的零件，加热炉的构件等）中，将发生蠕变而不能继续服役，或因断裂而导致事故。
在250 ︒C以上，与空气接触的碳素钢会快速氧化。
在腐蚀性介质中碳素钢是不耐蚀的，非常容易生锈。
降低温度时，碳素钢的屈服强度迅速升高，而断裂强度下降，十分容易脆断。
碳素钢的淬透性差，淬火时必须采用冷却能力大的淬火剂，这将使工件中的热应力过大，可能导致零件发生形变，甚至开裂，故不可用作形状复杂的零件。
用碳素钢制作的大型零部件则可能无法淬透。
碳素钢淬火后回火时，强度、硬度下降很快，即不具有回火稳定性，不能获得优良的综合力学性能。
碳素钢为铁磁性的，但某些特定的条件下要求材料为顺磁性的。
另外，碳素钢不能抵抗辐照损伤。
总之，碳素钢的综合力学性能差、耐热性差、耐腐蚀性差、低温性能差、淬透性低、回火稳定性差以及不能满足某些特殊要求等。
随着科学技术的发展，人们对钢铁材料提出了更高的性能要求。
为了改善钢铁材料性能，使其应用于更广泛、更重要的领域，人们开发了合金钢。
合金钢是在碳素钢的基础上有意加入一种或几种元素而形成的铁基合金。
通常，我们把这些元素称为合金元素。
同样，在普通铸铁的基础上加入合金元素以形成合金铸铁或特殊铸铁，可以改善其性能而用于某些耐磨、耐热、耐腐蚀的特殊领域。
实际上，工业生产的碳素钢，除铁和碳之外，总是含有一些其他元素。
通常都含有少量的硅、锰、磷、硫以及氧、氮、氢等，这些元素被称为常存元素。
因氧、氮、氢的单质在常温常压状态下为气体，故通常将它们称为气体元素，其含量根据冶炼工艺方法的不同而不同。
根据原料的不同，碳素钢中也可能含有少量某些其他元素，如铬、镍、钼、铜、钒、钛、砷、铅、锑、铋等，通常将它们称为残存元素或偶存元素。
难以定量分析的砷、铅、锑、铋等称为痕量元素。
钢以铁为基体，其余有益的、人为添加的元素称为“合金元素”，有害的、难以彻底去除的元素称为“杂质元素”。
其实这种感情用事的区分是没有必要的，因为有益与有害是可变的，或相互转换的。
例如，通常认为硫是钢中的有害杂质，但对易切削钢来说，硫却是有益的合金元素。
为了实现资源的充分利用，将那些难以彻底去除的元素的有害作用转化有益作用是材料学者的重要任务。
应该注意，不是只有金属元素才能成为合金元素，非金属元素也可以作为合金元素，如硅、硼等。
在使用“合金元素”这个词语时，视具体情况的不同，可能不包括碳，也可能包括碳。
钢铁中的合金元素通常是冶炼时的合金化操作有意添加的，但是为了充分利用资源，应加强对残存元素在钢中作用的研究，以实现资源的循环利用。
由于合金元素的加入改变了钢铁的内部组织结构，因此，合金钢和合金铸铁具有某些优良的或特殊的性能。
在使用性能方面，有高的强度和韧性的配合，或高的低温韧性，或高温下有高的蠕变强度、硬度及抗氧化性，或具有良好的耐蚀性。
合金钢在工艺性能方面，有良好的热塑性、冷形变性能、切削性、淬透性和焊接性等。
但是，并不是合金钢的所有性能都优于碳素钢，如碳素钢不会出现高温回火脆性，而某些合金钢有高温回火脆性倾向。
合金元素在钢铁中的分布或存在状态有以下3种：（1）固溶态。
溶于铁的基体中，形成铁基固溶体。
（2）化合态。
合金元素与碳、氮、硼、氧、硫、铁，或者不同合金元素之间形成各种化合物，如非金属夹杂物，碳化物、氮化物、碳氮化合物、硼化物，金属间化合物等。
（3）游离态。
既不溶于铁形成固溶体，也不与其他元素结合形成化合物，而是以单质的形式处于自由状态，如铸铁中以石墨形式存在的碳，钢中的铅等。
合金元素与铁、碳以及合金元素之间的相互作用是合金内部的相、组织和结构变化的基础。
这些元素之间在原子结构、原子尺寸大小、晶体结构方面的差异是产生这种相互作用的根源。
对各种合金元素之间的相互作用，合金相形成条件以及它们的稳定性，合金元素对相变影响的讨论，是合金化理论的主要内容。
合金化理论是金属材料学的基础。
1.2 铁基固溶体铁在加热和冷却过程中发生如下的多型性转变：34912 C 1 394 C -Fe -Fe -Fe A A =︒=︒α←−−−−→γ←−−−−→δ钢中合金元素对 α-Fe 、γ-Fe 和 δ-Fe 相的相对稳定性以及多型性转变温度A 3、A 4均有极大的影响。
合金元素溶于 α-Fe 或 δ-Fe 中形成以 α-Fe 为基的固溶体，溶于γ-Fe 中形成以γ-Fe 为基的固溶体。
对于那些在 γ-Fe 中有较大溶解度，并稳定 γ-Fe 的合金元素，称为奥氏体形成元素。
在α-Fe 中有较大的溶解度，使 γ-Fe 不稳定的元素，称为铁素体形成元素。
1.2.1 铁与合金元素相图的基本类型铁与其他元素形成的二元平衡相图有如下几种基本类型。
1.2.1.1 使A 3温度下降，A 4温度上升，扩大 γ 相区这一类是使 A 3温度下降，A 4温度上升，扩大 γ 相区的奥氏体形成元素，它包括两种情况。
（1）开启 γ 相区。
这一类包括镍和锰这两种许多合金钢中含有的合金元素；此外，还有钴，以及贵金属钌、铑、钯、锇、铱、铂。
这些元素与 γ-Fe 形成无限固溶体，使 γ 相区存在的温度范围变宽，使 δ 和 α 相区缩小。
这类合金元素与铁形成的相图如图1.1（a ）所示。
镍本身具有面心立方点阵；锰、钴在其多型性转变中，在一定温度范围内存在面心立方点阵。
钴是唯一一个使A 3和A 4都上升的元素。
当镍或锰的浓度高到一定程度时，α 相区就可能消失而完全被 γ 相区取代。
（2）扩大 γ 相区。
如碳、氮、铜、锌、金，它们虽然扩大 γ 区，但与 γ -Fe 形成有限固溶体。
这类合金元素与铁形成的相图如图1.1（b ）所示。
1.2.1.2 使A 3温度上升，A 4温度下降，缩小 γ 相区这一类是使A3温度上升，A4温度下降，缩小 γ 相区的铁素体形成元素，它也包括两种情况。
（1）封闭 γ 相区。
如硅、铝、铍、磷、钒、钛、铬、钨、钼、锡、锑、砷等，它们使A3温度上升，A4温度下降，并在一定浓度处汇合，γ 相区被 α 相区封闭，在相图上形成 γ 圈，这类合金元素与铁形成的相图如图1.1（c）所示。
钒、铬与 α-Fe完全互溶，其余元素在 α-Fe 中有限溶解。
（2）缩小 γ 相区。
如硼、钽、铌、锆、硫、铈等，它们与封闭 γ 相区的元素相似，但由于出现了金属间化合物，破坏了 γ 圈，这类合金元素与铁形成的相图如图1.1（d）所示。
（a）开启 γ 相区（b）扩大 γ 相区（c）封闭 γ 相区（d）缩小 γ 相区图1.1 Fe-M相图的类型1.2.2 合金元素与铁形成固溶体的规律在室温下，α-Fe 的点阵常数 a＝0.286 6 nm，其晶格中八面体间隙的半径为 0.019 nm，四面体间隙的半径为0.036 nm。
在912 ︒C，γ-Fe的点阵常数a＝0.364 6 nm，其晶格中八面体间隙的半径为0.053 nm，四面体间隙的半径为0.029 nm。
如果合金元素溶入铁晶格的间隙中，则形成间隙固溶体。
一些非金属元素的原子半径列于表 1.1中。
在铁中形成间隙固溶体的元素是那些原子半径很小的非金属元素，如氢、氧、碳、氮，它们的原子半径都小于 0.1 nm。
硼的原子半径也小于0.1 nm，在 γ-Fe中既可以以间隙固溶体形式存在，也可以以置换固溶体形式存在；但在 α-Fe中是以置换固溶体形式存在的。
尽管 α-Fe的致密度小于 γ-Fe，但是碳、氮等间隙原子在 γ-Fe中的溶解度大于在 α-Fe中的。
这是因为 α-Fe的间隙小而分散；而且间隙原子溶入八面体间隙所受到的阻力比溶入四面体间隙的小，或产生的晶格畸变小，因此，易于溶入八面体间隙。
上述这些非金属原子溶入铁晶格的间隙中会引起很大的晶格畸变，所以，间隙固溶体的溶解度都是非常低的。
表1.1 一些非金属元素的原子半径元素H O N C B P Si 原子半径/nm 0.046 0.060 0.071 0.077 0.097 0.109 0.117原子半径更大的非金属元素磷和硅在铁中只能以置换原子的形式存在。
金属元素与铁都是形成置换固溶体。
与铁形成置换固溶体的元素其扩大或缩小 γ 相区的能力与该元素属于哪一族、元素本身的晶体点阵类型、元素与铁的化学作用及弹性作用有关。
这种扩大或缩小 γ 相区的能力可用其在 γ-Fe或 α-Fe中的溶解度来衡量。
归纳起来有4个影响因素：尺寸因素、电负性因素、价电子浓度因素、点阵类型。
如果该元素本身具有面心立方点阵（或在其多型性转变中存在面心立方点阵），与铁的电负性相近，原子尺寸相近，都有利于扩大 γ 相区。
缩小 γ 相区的元素钒、铬具有体心立方点阵，不能与 γ-Fe无限互溶，但与铁的电负性和原子尺寸差别较小，因而仍能与 α-Fe形成无限固溶体。
电负性和铁差别大的元素，在钢中倾向于形成金属间化合物。
无论在 α-Fe 还是在 γ-Fe中都只能有限溶解，如铝、硅、磷等。
尺寸因素对溶解度起着重要作用。
与铁的原子尺寸差别小时才能形成无限固溶体，差别大时则只能形成有限固溶体。
硼的尺寸因素无论对于在铁中形成间隙固溶体或置换固溶体都极不合适，都会引起较大的畸变。
它不论是在 γ-Fe中还是在 α-Fe中都只有较小的溶解度。
总之，合金元素与铁之间也符合相似相溶的基本原则。
在铁基固溶体中，由于合金元素与铁之间存在差异，可能出现合金元素的偏聚或短程有序。
在Fe-Cr、Fe-V、Fe-Mo、Fe-Cu合金中存在合金元素的原子偏聚。
在Fe-Al、Fe-Si、Fe-Cr-Al 等合金中存在短程有序。
1.3 合金元素在晶体缺陷处的偏聚合金元素本身是一种点缺陷，它与其他晶体缺陷，如相界、晶界、亚晶界、位错、层错等同时存在时将产生以下几种交互作用。
（1）晶界偏聚现象。
合金元素和杂质元素溶于基体后，与晶体缺陷产生交互作用，溶质原子在内界面缺陷区的浓度大大超过在基体中的平均浓度，这种现象称为晶界偏聚现象，有时也称为晶界内吸附现象。
（2）科垂耳气团。
溶质原子在刃位错处的偏聚形成科垂耳气团。
它可以松弛正应力场。
只有刃位错才有正应力场。
（3）斯诺克（Snoek）气团。
