钢铁材料在热处理加热和冷却时都有组织转变，这些转变具有一定的规律性，特对部分选取的材料在不同热处理状态下的金相组织特征进行描述。

钢加热时的组织转变

钢加热到Ac₁点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加热到Ac₃和Ac_cm以上时，便全部转变为奥氏体，这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。由于珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，铁素体与渗碳体的晶格类型不同，含碳量差别很大，转变为奥氏体必须进行晶格改组和铁碳原子的扩散。下面以共析钢为例说明奥氏体化大致可分为四个过程，如图4－22所示。

图4－22奥氏体化的四个过程

A. 奥氏体形核奥氏体晶核首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成的。由于界面上原子排列不规则，原子由于偏离平衡位置处于畸变状态而具有较高的能量，位错密度较高，铁素体和渗碳体的交接处在浓度、结构和能量上为奥氏体形核提供了有利条件。

B. 奥氏体长大奥氏体一旦形核便通过原子扩散不断长大，在与铁素体接触的方向上，铁素体逐渐通过改组晶胞向奥氏体转化；在与渗碳体接触的方向上，渗碳体不断溶入奥氏体。

C. 残余渗碳体溶解由于铁素体的晶格类型和含碳量与奥氏体的差别相对较小，铁素体向奥氏体的转变总是先完成。当珠光体中的铁素体全部转变为奥氏体后，仍有少量的渗碳体尚未溶解。随着保温时间的延长，这部分渗碳体不断溶入奥氏体，直至完全消失。

D. 奥氏体均匀化残余渗碳体溶解刚完成的奥氏体晶粒中，碳浓度是不均匀的。原先渗碳体的位置，碳浓度较高；原先铁素体的位置，碳浓度较低。因此，必须保温一段时间，通过碳原子的扩散获得成分均匀的奥氏体。这就是热处理应该有一个保温阶段的原因。

对于亚共析钢与过共析钢，若加热温度没有超过Ac₃或Ac_cm，而在稍高于Ac₁停留，只能使原始组织中的珠光体转变为奥氏体，而先共析铁素体或二次渗碳体仍将保留，只有进一步加热至Ac₃或Ac_cm以上并保温足够时间，才能得到单相的奥氏体。

奥氏体晶粒的长大及控制如果加热温度过高或者保温时间过长，将会促使奥氏体晶粒粗化，使得热处理后室温下钢发生晶粒粗大，降低钢的力学性能。