合金结构钢的分类
合金结构钢是指在非合金结构钢的基础上加入适量的一种或数种合金元素使其性能明显提高，主要用于制造各种高性能工程构件或截面尺寸较大的机械零件的结构钢。
合金结构钢一般分为调质结构钢和表面硬化结构钢：调质结构钢的含碳量一般约为0.25%～0.55%，对于既定截面尺寸的结构件，在调质处理时，如果沿截面淬透，则力学性能良好，如果淬不透，显微组织中出现有自由铁素体，则韧性下降。对具有回火脆性倾向的钢如锰钢、铬钢、镍铬钢等，回火后应快冷。这类钢的淬火临界直径，随晶粒度和合金元素含量的增加而增大，例如，40Cr和35SiMn钢约为30～40mm，而40CrNiMo和30CrNi2MoV钢则约为 60～100mm，常用于制造承受较大载荷的轴、连杆等结构件；表面硬化结构钢用以制造表层坚硬耐磨而心部柔韧的零部件,如齿轮、轴等。为使零件心部韧性高,钢中含碳量应低，一般在0.12～0.25%，同时还有适量的合金元素，以保证适宜的淬透性。氮化钢还需加入易形成氮化物的合金元素。渗碳或碳氮共渗钢，经850～950℃渗碳或碳氮共渗后，淬火并在低温回火(约200℃)状态下使用。氮化钢经氮化处理(480～580℃)，直接使用，不再经淬火与回火处理。
Ti合金
（1）概要
按用途，钛合金分为耐热合金、高强合金、钛-钼与钛-钯合金等耐蚀合金、低温合金及钛-铁贮氢材料与钛-镍记忆合金等特殊功能合金。
1）比强度高
钛合金密度约4.5g/cm3，仅为钢的60％，纯钛的强度接近于普通钢的强度，钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属材料。飞机发动机构件、骨架、紧固件及起落架等使用的钛合金可在450℃～500℃的温度下长期工作，150℃～500℃范围仍有很高的热比强度。
2)抗蚀性好
钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢。对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强。对碱、氯化物、氯的有机物品、硝1酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
3)低温性能好
钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性
4)化学活性大
钛与大气中的O、N、H、CO、CO2、NH3和水蒸汽会产生强烈化学反应。含碳量大于0.2％时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；增加H含量会形成脆化层，产生0.1mm～0.15mm深度硬脆表层，硬化程度20%～30％。钛的化学亲和性大，易与摩擦表面产生粘附现象。
5)导热系数小、弹性模量小
钛的导热系数15.24W/（m*K），约为镍的1/4，铁的1/5及铝的1/14。各种钛合金的导热系数比钛的导热系数低50％。钛合金弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量大，约为不锈钢的2～3倍，导致刀具后刀面剧烈摩擦、粘附及粘结磨损。
钛合金是一种新型结构材料，具有密度小，比强度和比断裂韧性高，疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，低温韧性好，抗蚀性强的综合性能。钛合金主要用于制作飞机发动机的压气机部件，火箭、导1弹和高速飞机结构件，电解工业电极、发电站冷凝器、石油精炼和海水淡化加热器及环境污染控制装置，贮氢材料和形状记忆合金等。
与钢铁材料相比，Ti合金比强度（强度/密度）高。因此，其在航空器材、生物医学材料方面的适用范围不断扩大。在此介绍新近开发的Ti合金。
(2)DAT54耐热Ti合金
DAT54(Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-2.8Mo-0.7Nb-0.06C)是目前高温特性最1好的耐热Ti合金，用于600℃高温环境飞机发动机圆盘或汽车电机阀等。
飞机发动机圆盘周边需经高频热处理，外部为高抗蠕变强度的针状组织，内部为高抗疲劳强度的等轴组织，为确保飞机圆盘发动机高性能，进行了实用化开发。章动圆盘接触面积比活塞式发动机小，扭矩曲线更加平坦，在360°旋转轴上能提供270°压缩。双圆盘系统发动机与8缸活塞发动机功率相当。
(3)生物体材料Ti合金
鉴于Ti合金具备生物体优异适应性，所以被广泛用作生物材料。主要生物体材料有Ti-6Al-4VELI和用铌取代对生物体细胞有毒性的钒的Ti-6Al-7Nb。近年，在采用添加生物体优异适用性的元素基础上，积极开发近似骨骼组织低弹性率的T1NTZ（Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr），并作适用性研究。T1NTZ作为生物体材料确保更高的适用性，但因加入高熔点的钽与铌元素，在熔解制造过程中容易出现偏析，为抑制形成偏析，尚需再度熔解。
(4)Ti合金VLTi
Ti-6Al-4V比强度高、耐蚀性好，所以在飞机、汽车部件、高尔夫帽体育领域广泛采用Ti合金。鉴于Ti-6Al-4V中含有4%稀有元素钒，日本大同特殊钢公司为更好稳定价格，用Fe置换V，开发出VLTi(Ti-6Al-Fe)合金。VLTi在确保强度的同时，具有比重低的特性。为提高设计自由度，希望采用低比重、高强度优质材料，VLTi是符合该期望值的合金，制成各种高尔夫帽。此外，VLTi作为Ti-6Al-4V的替代材料，用于汽车连杆或吸气阀等部件。
(5)TiAl合金
TiAl为金属间化合物，由于金属间化合物晶体中金属键与共价键共存,同时兼有金属韧性和陶瓷高温性能。与Fe基与Ni基耐热材料相比，TiAl合金具有重量轻，高温比强度高的优点，由此开发具备工业制造、抗高温氧化性的DAT-TA1(Ti-33.5Al-1.0Nb-0.5Cr-0.5Si)TiAl合金，适用于汽车涡轮。
TiAl化合物具有耐高温、抗氧化和密度低等特性,且其弹性模量、抗蠕变性能均优于钛合金。TiAl合金密度还不及镍基高温合金1/2，而性能与镍基高温合金相当,具有广泛使用前景。
耐热合金和超合金热处理的研究动向
开发蒸汽温度700℃级A-USC发电机组的最重要课题之一是透平叶轮用耐热合金的开发。有研究者开发了以铬镍铁耐热合金617为基础材料，对合金成分进行改进的Ni-0.05C-18Cr-13Co-9Mo-1.3Al-1.4Ti-0.1Ta-0.3Nb合金，并试制了模拟实机叶轮的大型锻造叶轮试样。有研究报告对该叶轮试样不同部位的材料特性进行了研究。
对可应用于蒸汽温度达700℃级A-USC发电机组的铸造替代材料进行了评价。关于Ni-0.04C-26Cr-21Co-1Al-1.9Ti-1.8Nb合金，试制了具有3层阶梯状壁厚的铸件，并对材料进行了评价。有研究报告就偏析对蠕变强度的影响进行了介绍。
Ni-Fe基超合金有望成为A-USC火力发电用透平叶轮的制作材料，但为确保透平叶轮的特性和制作性，控制微量元素是很重要的。关于透平叶轮用Ni-Fe基超合金中微量元素的影响尚有许多未明确的地方，因此有研究者针对蠕变特性，调查了微量元素的影响。
在开发700℃级A-USC发电机组过程中，为使由Ni基和Fe基叶轮构成的不同材料焊接叶轮应用于实际，因此对该叶轮焊接部在高温时的组织稳定性和机械特性提出了要求。有研究者制作了低合金钢/铬镍铁耐热合金617焊接材料作为Fe/Ni不同材料的界面式样，并就热时效对焊接界面组织变化的影响进行了评价。
为减少CO2排放量，对A-USC设备进行了广泛的研究。23Cr-45Ni-7W合金（ASTM
