在钢中加入合金元素后，钢的基本组元铁和碳与加入的合金元素会发生交互作用。合金钢板钢的合金化目的是希望利用合金元素与铁、碳的相互作用和对铁碳相图及对钢的热处理的影响来改善钢的组织和性能。合金元素与铁、碳的相互作用合金元素加入钢中后，主要以三种形式存在钢中。即：与铁形成固溶体；与碳形成碳化物；在高合金钢中还可能形成金属间化合物。1.溶于铁中几乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入铁中，形成合金铁素体或合金奥氏体，按其对α-Fe或γ-Fe的作用，可将合金元素分为扩大奥氏体相区和缩小奥氏体相区两大类。合金钢板扩大γ相区的元素—亦称奥氏体稳定化元素，主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等，它们使A3点(γ-Feα-Fe的转变点)下降，A4点(γ-Fe的转变点)上升，从而扩大γ-相的存在范围。其中Ni、Mn等加入到一定量后，可使γ相区扩大到室温以下，合金钢板使α相区消失，称为完全扩大γ相区元素。另外一些元素(如C、N、Cu等)，虽然扩大γ相区，但不能扩大到室温，故称之为部分扩大γ相区的元素。缩小γ相区元素——亦称铁素体稳定化元素，主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它们使A3点上升，A4点下降(铬除外，铬含量小于7％时，A3点下降；大于7％后，A3点迅速上升)，从而缩小γ相区存在的范围，使铁素体稳定区域扩大。合金钢板按其作用不同可分为完全封闭γ相区的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分缩小γ相区的元素(如B、Nb、Zr等)。2.形成碳化物合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小，可分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。常见非碳化物形成元素有：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它们基本上都溶于铁素体和奥氏体中。常见碳化物形成元素有：Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的稳定性程度由弱到强的次序排列)，它们在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体，含量高时可形成新的合金碳化合物。

5.热处理特点这类钢一般在热轧空冷状态下使用，不需要进行专门的热处理。使用状态下的显微组织一般为铁素体＋索氏体。合金渗碳钢1.用途主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、合金钢板活塞销等机器零件。这类零件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。2.性能要求(1)表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性和韧性。(2)心部具有高的韧性和足够高的强度。心部韧性不足时，合金钢板在冲击载荷或过载作用下容易断裂；强度不足时，则较脆的渗碳层易碎裂、剥落。(3)有良好的热处理工艺性能在高的渗碳温度（900℃～950℃）下，奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。3.成分特点(1)低碳：碳含量一般为0.10％～0.25％，使零件心部有足够的塑性和韧性。(2)加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B等。(3)加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：合金钢板主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。4.钢种及牌号20Cr低淬透性合金渗碳钢。这类钢的淬透性低，心部强度较低。20CrMnTi中淬透性合金渗碳钢。这类钢淬透性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。合金钢板18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金渗碳钢。这类钢含有较多的Cr、Ni等元素，淬透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击韧性。5.热处理和组织性能合金渗碳钢的热处理工艺一般都是渗碳后直接淬火，再低温回火。热处理后，表面渗碳层的组织为合金渗碳体＋回火马氏体＋少量残余奥氏体组织，硬度为60HRC～62HRC。心部组织与钢的淬透性及零件截面尺寸有关，合金钢板完全淬透时为低碳回火马氏体，硬度为40HRC～48HRC；多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁素体，硬度为25HRC～40HRC。心部韧性一般都高于700KJ/m2。合金调质钢1.用途合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、合金钢板轴类件、连杆、螺栓等。2.性能要求调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。合金调质钢还要求有很好的淬透性。但不同零件受力情况不同，对淬透性的要求不一样。3.成分特点：(1)中碳：合金钢板碳含量一般在0.25％～0.50％之间，以0.4％居多；(2)加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：这些合金元素除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。如调质处理后的40Cr钢的性能比45钢的性能高很多；(3)加入防止第二类回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金调质钢，高温回火慢冷时易产生第二类回火脆性。在钢中加入Mo、W可以防止第二类回火脆性，其适宜含量约为0.15％～0.30％Mo或0.8％～1.2％的W。4.钢种及牌号(1)40Cr低淬透性调质钢：这类钢的油淬临界直径为30mm～40mm，用于制造一般尺寸的重要零件。(2)35CrMo中淬透性合金调质钢：这类钢的油淬临界直径为40mm～60mm，加入钼不仅可提高淬透性，而且可防止第二类回火脆性。合金钢板(3)40CrNiMo高淬透性合金调质钢：这类钢的油淬临界直径为60mm-100mm，多半是铬镍钢。铬镍钢中加入适当的钼，不但具有好的淬透性，还可第二类回火脆性。5.热处理和组织性能合金调质钢的终热处理是淬火加高温回火（调质处理）。合金调质钢淬透性较高，一般都用油，淬透性特别大时甚至可以空冷，这能减少热处理缺陷。合金调质钢的终性能决定于回火温度。合金钢板一般采用500℃-650℃回火。通过选择回火温度，可以获得所要求的性能。为防止第二类回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韧性的提高。合金调质钢常规热处理后的组织是回火索氏体。