鋼鐵材料在熱處理加熱和冷卻時都有組織轉變，這些轉變具有一定的規律性，特對部分選取的材料在不同熱處理狀態下的金相組織特征進行描述。
鋼加熱時的組織轉變
鋼加熱到Ac1點以上時會發生珠光體向奧氏體的轉變，加熱到Ac3和Accm以上時，便全部轉變為奧氏體，這種加熱轉變過程稱為鋼的奧氏體化。珠光體轉變為奧氏體是一個從新結晶的過程。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，轉變為奧氏體必須進行晶格改組和鐵碳原子的擴散。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則，原子由于偏離平衡位置處于畸變狀態而具有較高的能量，位錯密度較高，鐵素體和滲碳體的交接處在濃度、結構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變總是先完成。當珠光體中的鐵素體全部轉變為奧氏體后，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，通過碳原子的擴散獲得成分均勻的奧氏體。這就是熱處理應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Accm，而在稍高于Ac1停留，只能使原始組織中的珠光體轉變為奧氏體，而先共析鐵素體或二次滲碳體仍將保留，只有進一步加熱至Ac3或Accm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生晶粒粗大，降低鋼的力學性能。
