由于溶質(zhì)原子的加工入使固溶體的強(qiáng)度比溶劑金屬的強(qiáng)度高，這一現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是溶質(zhì)原子對位錯(cuò)的阻礙作用造成的，是利用點(diǎn)缺陷對金屬基體進(jìn)行強(qiáng)化，表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是作為晶體的點(diǎn)缺陷，與位錯(cuò)發(fā)生強(qiáng)性交互作用、化學(xué)交互作用、電化學(xué)交互作用，以影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；一是在固溶體中，形成短程有序結(jié)構(gòu)，以影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。它分為間隙式固溶強(qiáng)化和置換式固溶強(qiáng)化兩種。
碳、氮等溶質(zhì)原子嵌入α-Fe晶格的八面體間隙中，使晶格產(chǎn)生不對稱正方性畸變造成強(qiáng)硬化效應(yīng)，鐵基體的屈服強(qiáng)度隨著間隙原子含量的增加而變大。碳、氮等間隙原子在基體中和位錯(cuò)產(chǎn)生強(qiáng)性效互作用，這種碳、氮原子在位錯(cuò)線附近有規(guī)則地排列稱為“氣團(tuán)”。位錯(cuò)被“氣團(tuán)”釘扎時(shí)，移動(dòng)阻力增加使金屬基體產(chǎn)生強(qiáng)化。因?yàn)槿苜|(zhì)原子在晶格中的作用并不是單純的，除了它自身產(chǎn)生的畸變外，它還會(huì)和位錯(cuò)、溶劑原子發(fā)生作用。
置換式溶質(zhì)原子在基體晶格中造成的畸變大都是球面對稱的、因而強(qiáng)化效能要比間隙式原子小（約小兩個(gè)數(shù)量級(jí)），這種強(qiáng)化效應(yīng)稱為弱硬化。當(dāng)溶質(zhì)和溶劑的原子直徑相差比較小，化學(xué)性質(zhì)也較類似時(shí)，置換原子的溶解度極限可以很大，但強(qiáng)化效應(yīng)卻很小。例如即使含量達(dá)到百分之幾十的Co在常溫時(shí)溶入α-Fe中，也并未產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用。隨著元素的類型不同，強(qiáng)化效能相應(yīng)發(fā)生變化。各種元素固溶入α-Fe中時(shí)對鐵屈服強(qiáng)度的影響。畦換式固溶元素的弱硬化作用可在基體的韌性、塑性不降低的同時(shí)，使基體的強(qiáng)度平緩增加，這對鋼的強(qiáng)化是非常重要的。
由鐵-碳相圖可知，間隙式原子碳在基體金屬中的溶解度極限很小，常溫下碳在α-Fe中的溶解量只能是0.006%，但是碳у-Fe在中的溶解度很大，1148℃時(shí)可以達(dá)到2.11%，所以可把鋼加熱到у-Fe狀態(tài)使碳分大量溶入，然后淬火成馬氏體。間隙原子在鐵素體晶格中造成的畸變是不對稱的，隨著間隙原子濃度增加，塑性和韌性明顯下降。例如：馬氏體中含碳量低于0.2%時(shí)，間隙原子都偏聚在位錯(cuò)線近旁，晶格基本上仍保持體心立方結(jié)構(gòu)，不僅強(qiáng)度很高，而且塑性、韌性很好，含碳量增高時(shí)，碳原子在位錯(cuò)線近旁的偏聚達(dá)到飽和，過剩碳原子產(chǎn)生集群化使c/a（晶胞中的棱邊長度用a、b、c表示。）數(shù)值變大，造成晶格畸變，使塑性和韌性明顯降低。含碳量達(dá)到0.4%時(shí)，塑性變差，不易進(jìn)行冷塑性變形；含碳量繼續(xù)增加時(shí)，伸長率可降至0.1%以下。
在形成馬氏體的過程中不僅碳原子過飽和，而且置換式溶質(zhì)原子也呈過飽和平狀態(tài)。雖然置換式原子引起的強(qiáng)化相對碳的強(qiáng)化作用可認(rèn)為是很小的，但如鉬、釩、鈮等置換元素在馬氏體中和碳共存時(shí)，在回火過程中會(huì)沉淀出來造成強(qiáng)化。
固溶強(qiáng)化是鋼鐵材料主要強(qiáng)化手段之一，間隙式固溶強(qiáng)化對鐵素體基體（包括馬氏體）的強(qiáng)化發(fā)揮最大效能的同時(shí)，對韌性、塑性也有很顯著的削弱作用；雖然比較間隙固溶的強(qiáng)化作用比較小，但置換式固溶強(qiáng)化在不削弱基體的塑性、韌性同時(shí)可以對鐵素體進(jìn)行強(qiáng)化，這種現(xiàn)象應(yīng)該在進(jìn)行強(qiáng)韌性處理時(shí)引起注意。
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