鋼鐵材料在熱處理加熱和冷卻時都有組織轉(zhuǎn)變，這些轉(zhuǎn)變具有一定的規(guī)律性，特對部分選取的材料在不同熱處理狀態(tài)下的金相組織特征進(jìn)行描述。

鋼加熱時的組織轉(zhuǎn)變

鋼加熱到Ac₁點(diǎn)以上時會發(fā)生珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變，加熱到Ac₃和Ac_cm以上時，便全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，這種加熱轉(zhuǎn)變過程稱為鋼的奧氏體化。珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體是一個從新結(jié)晶的過程。由于珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，鐵素體與滲碳體的晶格類型不同，含碳量差別很大，轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體必須進(jìn)行晶格改組和鐵碳原子的擴(kuò)散。下面以共析鋼為例說明奧氏體化大致可分為四個過程，如圖4－22所示。

圖4－22  奧氏體化的四個過程

A. 奧氏體形核  奧氏體晶核首先在鐵素體和滲碳體的相界面上形成的。由于界面上原子排列不規(guī)則，原子由于偏離平衡位置處于畸變狀態(tài)而具有較高的能量，位錯密度較高，鐵素體和滲碳體的交接處在濃度、結(jié)構(gòu)和能量上為奧氏體形核提供了有利條件。

B. 奧氏體長大  奧氏體一旦形核便通過原子擴(kuò)散不斷長大，在與鐵素體接觸的方向上，鐵素體逐漸通過改組晶胞向奧氏體轉(zhuǎn)化；在與滲碳體接觸的方向上，滲碳體不斷溶入奧氏體。

C. 殘余滲碳體溶解  由于鐵素體的晶格類型和含碳量與奧氏體的差別相對較小，鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變總是先完成。當(dāng)珠光體中的鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體后，仍有少量的滲碳體尚未溶解。隨著保溫時間的延長，這部分滲碳體不斷溶入奧氏體，直至完全消失。

D. 奧氏體均勻化  殘余滲碳體溶解剛完成的奧氏體晶粒中，碳濃度是不均勻的。原先滲碳體的位置，碳濃度較高；原先鐵素體的位置，碳濃度較低。因此，必須保溫一段時間，通過碳原子的擴(kuò)散獲得成分均勻的奧氏體。這就是熱處理應(yīng)該有一個保溫階段的原因。

對于亞共析鋼與過共析鋼，若加熱溫度沒有超過Ac₃或Ac_cm，而在稍高于Ac₁停留，只能使原始組織中的珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，而先共析鐵素體或二次滲碳體仍將保留，只有進(jìn)一步加熱至Ac₃或Ac_cm以上并保溫足夠時間，才能得到單相的奧氏體。

奧氏體晶粒的長大及控制  如果加熱溫度過高或者保溫時間過長，將會促使奧氏體晶粒粗化，使得熱處理后室溫下鋼發(fā)生晶粒粗大，降低鋼的力學(xué)性能。