1）合金元素对钢中基本相的影响
①形成合金铁素体 大多数合金元素都能溶入铁素体中形成合金铁素体，由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，必然会引起铁素体的晶格发生畸变，产生固溶强化，因而铁素体的强度硬度增高，塑性、韧性有所降低。合金元素对铁素体硬度和韧性的影响如图1．5．1所示。
由图1．5．1可知，锰、硅、镍元素的强化效果最为显著。但当含硅量大于0．6%，含锰量大于1．5%以上时，其韧性下降，而铬、镍在适当的含量范围内（w Cr≤2%，w Ni≤5%），在强化铁素体的同时，仍能保持良好的韧性。对大多数结构钢来说，在退火、正火、调质状态下，铁素体都是钢的主要基本相，故合金元素含量适当时，都可以使钢得到强化而不降低韧性。
②形成合金碳化物 铁、锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛（与碳的亲和力由弱到强）都是在钢中能形成碳化物的元素。形成的碳化物可分为合金渗碳体和特殊碳化物。
锰是弱碳化物形成元素，易溶入渗碳体中，形成合金渗碳体，合金渗碳体的稳定性、硬度比渗碳体略高，是一般低合金钢中碳化物的主要存在形式。
图1．5．1 合金元素对铁素体性能的影响
铬、钼、钨是中强碳化物形成元素，在钢中既能形成合金渗碳体，又能形成特殊碳化物，如Cr7 C3，Mo2 C，WC等。特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度，耐磨性及稳定性。
钒、铌、锆、钛是强碳化物形成元素，在钢中一般形成特殊碳化物。如NbC，VC，TiC等，故常在工具钢中加入这类合金元素，以提高工具的强度、硬度及耐磨性，而不降低韧性。
2）合金元素对钢热处理的影响
①细化晶粒 除锰、磷以外，大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒作用，其中尤以强碳化物形成元素钛、锆、铌、钒的影响最为显著。这类合金碳化物（如TiC，VC等）的熔点高，硬度高，且很稳定，不易分解，加热时难以溶入奥氏体中，它们的存在对奥氏体晶粒长大有强烈的阻碍作用。因此，除锰钢外，合金钢加热时不易过热，有利于淬火后获得细马氏体；有利于适当提高加热温度，熔入更多的合金元素，增加钢的淬透性和力学性能。
②提高淬透性 除钴以外，大多数合金元素溶入奥氏体后均能增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，降低了马氏体转变的临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。提高钢淬透性的元素主要有铬、锰、硅、镍、硼。其中有些合金元素甚至使C曲线的形状发生变化，出现了两个鼻尖，如图1．5．2所示。
图1．5．2 合金元素对C曲线的影响
用合金钢制造大截面零件，由于加入合金元素，使淬透性提高，可以保证热处理后整个截面具有比较均匀的组织和性能。对于形状复杂的合金钢零件，可采用冷却能力较弱的淬火介质（如油等）及分级淬火，等温淬火等工艺，从而降低变形和开裂倾向。
③增加残余奥氏体的含量 除铝、钴外，大多数合金元素都能使Ms，M f下降，使钢在淬火后，组织中的残余奥氏体量增加、组织应力与变形量减小。但残余奥氏体的增加将引起钢的硬度降低，组织不稳定，也易使工件尺寸产生变化，因此，对于硬度及尺寸稳定性要求较高的刃具、模具、量具，在淬火后一般要进行冷处理或多次回火处理，以促使残余奥氏体的转变。
④提高回火稳定性 合金元素溶入马氏体后，在回火时能延缓马氏体的分解，并使碳化物的形成、析出和聚集长大的速度减缓，提高了钢回火过程中抵抗软化的能力，即提高了回火稳定性。故采用相同温度回火的条件下，合金钢的硬度比碳钢高。
含有强碳化物形成元素的合金钢，在高温回火时，将从马氏体中析出弥散分布的特殊碳化物，并且在回火后部分残余奥氏体转变为马氏体，进一步提高了钢的硬度，从而使钢在高温下保持高的硬度，即红硬性（耐热性）。这时工具钢具有十分重要的意义。
综上所述，合金元素在钢中能提高淬透性，细化晶粒、提高回火抗力等，但这些作用只有经过适当的热处理都能实现。如果热处理工艺使用不当，反而会产生第二类回火脆性（500～650℃），特别是对成分复杂的合金钢，应严格控制其处理工艺，才能充分发挥材料的优越性。
