材料的力學(xué)性能主要決定于其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，由于材料的微觀結(jié)構(gòu)本身以及在各種工藝處理過(guò)程中組織結(jié)構(gòu)的變異是錯(cuò)綜復(fù)雜的，因此，人們?cè)谶@方面的認(rèn)識(shí)尚處于不斷的探索過(guò)程中，進(jìn)行高強(qiáng)高韌鋼的設(shè)計(jì)，主要在于按其服役或形變加工條件所確立的強(qiáng)韌性指標(biāo)來(lái)確定與其適合的組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是鋼的組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分與強(qiáng)韌性和斷裂的變化規(guī)律。為了建立這個(gè)變化規(guī)律，有賴于充分認(rèn)識(shí)鋼的強(qiáng)韌化機(jī)理。實(shí)用鋼基本上是由不同量的不同點(diǎn)陣類型的相組成，這些項(xiàng)具有不同的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和分布方式，鋼的強(qiáng)韌性乃為其中各個(gè)相對(duì)強(qiáng)韌性的綜合貢獻(xiàn)。因此探索鋼的強(qiáng)韌性機(jī)理就是研究各個(gè)相對(duì)強(qiáng)韌性的控制作用。鋼鐵材料的強(qiáng)化主要由下列幾類強(qiáng)化機(jī)構(gòu)所決定：位錯(cuò)強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀和彌散強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、有序強(qiáng)化等。任何一種實(shí)用鋼的強(qiáng)化都不是單一的強(qiáng)化機(jī)制來(lái)決定的，在大多數(shù)情況下，鋼的強(qiáng)度是由幾種強(qiáng)化機(jī)制疊加而獲得的，現(xiàn)將幾種主要的強(qiáng)化機(jī)制簡(jiǎn)單概括如下：

位錯(cuò)強(qiáng)化：根據(jù)金屬晶體缺陷理論，增加晶體中的位錯(cuò)密度，可以有效地提高金屬?gòu)?qiáng)度。使用金屬材料受到外加作用后所引起的塑性形變實(shí)質(zhì)上是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和增殖的結(jié)果。位錯(cuò)間的彈性交互作用可造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，反映為強(qiáng)度的增高。通過(guò)熱處理和冷塑性形變交互作用以提高位錯(cuò)密度使鋼材強(qiáng)化的重要原因之一。位錯(cuò)強(qiáng)化對(duì)金屬材料強(qiáng)化的貢獻(xiàn)是最大的，事實(shí)上，金屬材料的所有強(qiáng)化效應(yīng)都離不開位錯(cuò)的作用，塑變是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和增值的結(jié)果，強(qiáng)化效應(yīng)是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻的外部表現(xiàn)，強(qiáng)化措施的基本出發(fā)點(diǎn)就是為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)設(shè)置障礙。強(qiáng)化機(jī)制的基本內(nèi)容則是說(shuō)明位錯(cuò)與障礙物間、也包括位錯(cuò)間的彈性交互作用。

固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化包括間隙固溶強(qiáng)化和置換固溶強(qiáng)化。間隙固溶強(qiáng)化主要是三種作用的綜合結(jié)果：（1）由于間隙固溶原子群集于位錯(cuò)周圍并對(duì)其產(chǎn)生釘扎作用，而使位錯(cuò)難于運(yùn)動(dòng)，即產(chǎn)生非均勻強(qiáng)化；（2）位錯(cuò)在間隙固溶原子均勻分布于點(diǎn)陣的晶體中運(yùn)動(dòng)受阻（摩擦力），因而引起強(qiáng)化作用，即產(chǎn)生均勻強(qiáng)化；（3）間隙固溶原子可影響合金中位錯(cuò)界能，因而能間接影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。置換固溶強(qiáng)化是基體金屬點(diǎn)陣中結(jié)點(diǎn)上的原子如Fe原子被固溶原子取代而造成的球面對(duì)稱畸變引起的強(qiáng)化，置換固溶效應(yīng)比間隙固溶要小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，屬于弱強(qiáng)化。

細(xì)晶粒強(qiáng)化：對(duì)于鋼這是一種極其重要的強(qiáng)化效應(yīng)，雖然這個(gè)機(jī)制的物理模型還不十分清楚，但長(zhǎng)期以來(lái)在金屬材料工程上受到極大的注意并獲得廣泛的應(yīng)用，其主要原因是其既能有效的提高強(qiáng)度，又能明顯的優(yōu)化塑性和韌性，這是其他強(qiáng)化所不及的。

沉淀和彌散強(qiáng)化：第二相離子沉淀時(shí)，沉淀相在基體中造成應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)力場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)之間交互作用使集體強(qiáng)化。沉淀和彌散強(qiáng)化的特點(diǎn)是:(1)沉淀相的比容越大，強(qiáng)化效果越明顯，要使第二相有足夠的數(shù)量，必須提高機(jī)體的過(guò)飽和度；（2）第二相質(zhì)點(diǎn)彌散度越大，強(qiáng)化效果越好，共格第二相比非共格第二相的強(qiáng)化效能大;（3）第二相質(zhì)點(diǎn)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大，強(qiáng)化效果越好。這是一種重要的強(qiáng)化效應(yīng)。