1.金屬材料的強化方法
金屬材料的強化途徑，主要有以下幾個方面；
(1)結晶強化。結晶強化就是通過控制結晶條件，在凝固結晶以后獲得良好的宏觀組織和顯微組織，從而提高金屬材料的性能。它包括：
細化晶粒。細化晶粒可以使金屬組織中包含較多的晶界，由于晶界具有阻礙滑移變形作用，因而可使金屬材料得到強化。同時也改善了韌性，這是其它強化機制不可能做到的；提純強化。在澆注過程中，把液態金屬充分地提純，盡量減少夾雜物，能顯著提高固態  金屬的性能。夾雜物對金屬材料的性能有很大的影響。在損壞的構件中，常可發現有大量的夾雜物。采用真空冶煉等方法，可以獲得高純度的金屬材料。
(2)形變強化。金屬材料經冷加工塑性變形可以提高其強度。這是由于材料在塑性變形后  位錯運動的阻力增加所致。
(3)固溶強化．通過合金化(加入合金元素)組成固溶體，使金屬材料得到強化稱為固溶強化。   
(4)相變強化。合金化的金屬材料，通過熱處理等手段發生固態相變，獲得需要的組織結構，使金屬材料得到強化，稱為相變強化．
相變強化可以分為兩類： 
 1)沉淀強化(或稱彌散強化)。在金屬材料中能形成穩定化合物的合金元素，在一定條件下，使之生成的第二相化合物從固溶體中沉淀析出，彌散地分布在組織中，從而有效地提高材料的強度，通常析出的合金化合物是碳化物相。在低合金鋼(低合金結構鋼和低合金熱強鋼)中，沉淀相主要是各種碳化物，大致可分為三類。一是立方晶系，如TiC、V4C3，NbC等，二是六方晶系，如M02、W2C、WC等，三是正菱形，如Fe3C。對低合金熱強鋼高溫強化最有效的是體心立方晶系的碳化物。  
 2)馬氏體強化。金屬材料經過淬火和隨后回火的熱處理工藝后，可獲得馬氏體組織，使材料強化。但是，馬氏體強化只能適用于在不太高的溫度下工作的元件，工作于高溫條件下的元件不能采用這種強化方法。
(5)晶界強化。晶界部位的自由能較高，而且存在著大量的缺陷和空穴，在低溫時，晶界阻礙了位錯的運動，因而晶界強度高于晶粒本身；但在高溫時，沿晶界的擴散速度比晶內擴散速度大得多，晶界強度顯著降低。因此強化晶界對提高鋼的熱強性是很有效的。
(6)綜合強化。在實際生產上，強化金屬材料大都是同時采用幾種強化方法的綜合強化，以充分發揮強化能力。例如： 
1）固溶強化十形變強化，常用于固溶體系合金的強化。
2）結晶強化+沉淀強化，用于鑄件強化。   
3）馬氏體強化+表面形變強化。對一些承受疲勞載荷的構件，常在調質處理后再進行噴丸或滾壓處理。 
4）固溶強化+沉淀強化。對于高溫承壓元件常采用這種方法，以提高材料的高溫性能。有時還采用硼的強化晶界作用，進一步提高材料的高溫強度。    ?
2.合金元素對正火(或退火)狀態鋼機械性能的影響正火狀態下鋼有鐵素體和珠光體組織。固溶強化，結晶強化，沉淀強化。合金元素不僅影響鋼材的強度，同時也影響其韌性。
3.合金元素對調質鋼機械性能的影響    合金元素對調質鋼機械性能的影響，主要是通過它們對淬透性和回火性的影響而起作用的。主要表現于下列幾方面。
 (1)   由于合金元素增加了鋼的淬透性，使截面較大的零件也可淬透，在調質狀態下可獲得綜合機械性能優良的回火索氏體。
 (2)   許多合金元素可使回火轉變過程緩慢，因而在高溫回火后，碳化物保持較細小的冪顆粒，使調質處理的合金鋼能夠得到較好的強度與韌性的配合。
 (3)  高溫回火后，鋼的組織是由鐵素體和碳化物組成，合金元素對鐵素體的固溶強化作用可提高調質鋼的強度。碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結構鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0－1.2%的硅，強度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用于電器工業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。
錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦，可避免晶間腐蝕。