一、熱處理
鋼的熱處理是根據鋼在固態下組織轉變的規律，通過不同的加熱、保溫和冷卻，以改變其內部組織結構，達到改善鋼材效能的一種熱加工工藝。
二、熱處理的作用
正確的熱處理工藝不僅僅可以改善鋼材的工藝效能和使用效能，還可以消除鋼材經鑄造、鍛造、焊接等熱加工工藝造成的各種缺陷，細化顆粒，消除偏析，降低內應力，使組織和效能更加均勻。
三、鋼的臨界溫度
由fe－fe3c相圖可知，共析鋼在加熱和冷卻過程中經過ps**（a1）時，發生珠光體（p）與奧氏體（a）之間的轉變；亞共析鋼經過gs線（a3）時，發生鐵素體（f）與奧氏體（a)之間的相互轉變；過共析鋼經過es線（acm）時，發生滲碳體（fe3c）與奧氏體（a）之間的相互轉變。a1、a3、acm稱為碳素鋼加熱和冷卻過程中組織轉變的臨界溫度。
四、鋼在加熱時的組織轉變
為了使鋼在熱處理後獲得所需要的組織和效能，大多數熱處理工藝都必須先將鋼加熱到臨界溫度以上，獲得奧氏體組織，然後在以適當的方式（或速度）冷卻，以獲得所要的組織和效能。通常把鋼加熱獲得奧氏體的轉變過程稱為奧氏體化過程。
五、奧氏體的形成過程
（一）共析鋼的奧氏體形成過程
共析鋼在室溫的平衡組織是單一的珠光體，珠光體是鐵素體和滲碳體的兩相混合物。若共析鋼的原始組織為片狀的珠光體，當加熱至ac1以上溫度保溫，將全部轉變為奧氏體。奧氏體的形成過程包括碳的擴散重新分布和鐵原子擴散使鐵素體向奧氏體的晶格重組。
(1)共析鋼由珠光體到奧氏體的轉變包括四個階段：奧氏體形核、奧氏體長大、剩餘滲碳體溶解和奧氏體均勻化。
（2）奧氏體晶核通常優先在鐵素體和滲碳體的相介面上形成。這是因為在相介面上碳濃度分布不均勻，位錯密度較高、原子排列不規則，處於能量較高的狀態，所以容易達到奧氏體形核時所需要的密度起伏、結構起伏和能量起伏
（2）亞（過）共析鋼的奧氏體形成過程
亞（過）共析鋼中，除了珠光體外，還有先共析鐵素體（或滲碳體），當加熱到ac1溫度時，珠光體先轉變為奧氏體，然後隨著加熱溫度的公升高，先共析鐵素體（或滲碳體）逐漸向奧氏體轉變，當溫度超過ac3（或accm），並保溫足夠的時間。才能獲得均勻的單相奧氏體。
六、影響奧氏體形成速度的因素
奧氏體的形成是通過形核和長大過程進行的，整個過程受原子擴散控制。因此，一切影響原子擴散、奧氏體形核與長大的因素都影響奧氏體的轉變速度。外因主要有加熱溫度和速度。
內因主要有鋼的化學成分和原始組織影響。
七、奧氏體的晶粒大小及其影響因素
（1）奧氏體晶粒度
將鋼加熱到相變點（亞共析鋼為ac3，過共析鋼為ac1或accm)以上某一溫度並保溫給定時間所得到的奧氏體晶粒大小稱為奧氏體晶粒度。
奧氏體晶粒度一般分為八個標準等級，1---4級為粗晶粒，5---8為細晶粒，超過8級為超細晶粒。
根據奧氏體的形成過程和晶粒長大情況，奧氏體晶粒度可分為：起始晶粒度、實際晶粒度和本質晶粒度。
（2）影響奧氏體晶粒長大的因素
奧氏體實際晶粒的大小主要取決於公升溫或保溫過程中奧氏體晶粒長大的傾向。奧氏體晶粒長大基本上是乙個奧氏體晶界遷移的過程，其實質是原子在晶界附近的擴散過程。所以一切影響原子擴散遷移的因素都能影響奧氏體晶粒長大。
加熱溫度和保溫時間加熱速度含碳量合金元素
八、鋼在冷卻時的組織轉變
(1)過冷奧氏體等溫轉變圖
在臨界溫度a1以下處於不穩定狀態的奧氏體稱為過冷奧氏體。奧氏體冷至臨界溫度a1以下的轉變稱為鋼額冷卻轉變。通過熱分析、膨脹分析、磁性分析和金相分析等方法，測出在不同溫度下過冷奧氏體發生相變的開始時刻和終了時刻，並把它們標在溫度---時間座標上，然後把所有轉變開始和終了點分別連線起來，就可得到該鋼種的過冷奧氏體等溫轉變圖，也稱ttt（或c）曲線。
上圖所示的是共析鋼的c曲線，a1線是奧氏體向珠光體轉變的臨界溫度；左邊一條 c形曲線為過冷奧氏體轉變開始線；右邊一條c形曲線為過冷奧氏體轉變終了線。ms和mf線分別是過冷奧氏體向馬氏體轉變的幵始線和終了線。
等溫條件下不能獲得馬氏體，只有在連續冷卻條件下才可能獲得馬氏體。
a1線以上是奧氏體穩定區；a1線以下、ms線以上、過冷奧氏體轉變幵始線以左.是過冷奧氏體區：過冷奧氏體轉變幵始線和終了線之間是過冷奧氏體和轉變產物的共存區；過冷奧氏體轉變終了線以右是轉變產物區；ms線以下是馬氏體區（或者叫馬氏體與殘餘奧氏體共存區）。
共析鋼的過冷奧氏體在三個不同的溫度區間.可以發生三種不同的轉變：在a1點至c曲線鼻尖區間發生高溫轉變.
其轉變產物是珠光體（p），故又稱為珠光體型轉變；在c曲線箅尖至ms線區間發生中溫轉變，其轉變產物是貝氏(b),故又稱為貝氏體型轉變（包括上貝氏體b上和下貝氏體b下);在ms至mf線之間的轉變，稱為低溫轉變，其轉變產物是馬氏體（m),故又稱為馬氏體型轉變。
（2）過冷奧氏體等溫轉變產物的組織與效能
a、珠光體型轉變
以共析鋼為例，過冷奧氏體在a1550°c溫度範圍內等溫轉變.將形成珠光體型的組織，其組織特徵為層片狀，並且隨著轉變溫度的降低，珠光體中的鐵素體和滲碳體的層片越來越薄，組織越細密。一般把a1650°c溫度範圍形成的層片組織稱為珠光體,用符號p表示，它的硬度較低，小於25hrc;在650600°c溫度範圍形成的細片狀珠光體，稱為索氏體.
用符號s表示.它的硬度較高，達2535hrc；在 600550°c溫度範圍形成的更細的層片狀珠光體.稱為託氏體，只有在電子顯微鏡下才能分辨出其層片狀.
用符號t表示，它的硬度更高，達3540hrc。
由此可見，片狀珠光體的效能主要取決於層片間距離。層片間距離越小，珠光體的塑性變形抗力越大，強度和硬度越高.同時塑性和韌性也有所改善。
需要說明.在一般情況下，過冷奧氏體分解成珠光體類組織時，其滲碳體呈片狀.但片狀組織在a1附近的溫度範圍內保溫足夠長的時間時.
片狀的滲碳體將會球化.這時轉變產物為粒狀珠光體。對於相同成分的鋼，粒狀珠光體比片狀珠光體具有較少的介面.
因而其硬度、 強度較低，但塑性、韌度較高。粒狀珠光體常常是高碳鋼切削加工前所要求的組織狀態。
b、貝氏體型轉變
共析鋼上貝氏體約在550350°c溫度範圍形成。在光學顯微鏡可明顯看到成束的自晶界內部生成的鐵索體條.它的分布具有羽毛狀特徵。
共析鋼下貝氏體約作350°cms溫度範圍形成，由於下貝氏體易受浸蝕.在光學顯微鏡下，呈黑色針狀特徵。
貝氏體的轉變特點是：當轉變溫度稍高時，先形成過飽和的鐵索體，鐵素體呈密集而平行排列的條狀生長，隨後鐵素體中的部分c原子擴散遷移到條間的奧氏體中， 使奧氏體析出不連續的短桿狀的碳化物，這種組織稱為上貝氏體。當轉變溫度較低時，先形成過飽和鐵素體，呈針片狀。
由於轉變溫度低，c原子擴散很困難，只能在過飽和的鐵索體內作短程遷移、聚集，結果形成與鐵索體片長軸呈5565度的夾角的碳化物小片，這種組織稱為下貝氏體。
c、馬氏體型轉變
馬氏體的組織型態鋼中馬氏體組織形態主要有兩種型別，一類是板條狀馬氏體， 另一類是針片狀馬氏體。板條狀馬氏體的立體形態呈細長板條狀。顯微組織呈一束束的細條狀組織，每束內條與條之間大致平行排列，束與束之間有較大的晶格位向差，在乙個奧氏體晶粒內可以形成幾個位向不同的馬氏體束。
在透射電鏡下，馬氏體板條內的亞結構是高密度的位錯，因而也稱為位錯馬氏體。針狀馬氏體的立體形態呈雙凸透鏡狀，顯微組織為針片狀，是立體形態的截面。片與片之間有較大的位相差。
在乙個奧氏體晶粒內，先形成的馬氏體片橫貫奧氏體晶粒，但不能穿越晶界，後形成的馬氏體片不能穿過先形成的馬氏體片，所以越是後形成的馬氏體片也就越小。顯然，奧氏體晶粒越細，馬氏體片的尺寸也就越小。在透射電鏡下，針片狀馬氏體的亞結構主要是孿晶，因而這種馬氏體又稱孿晶馬氏體。
馬氏體的形態主要取決於碳的質量分數。當碳的質量分數小於0.2％時，馬氏體轉變後的組織全部是板條馬氏體；當碳的質量分數高於1％時.
則幾乎全部是針片狀馬氏體；碳的質量分數介於0.2％1％之間時是板條馬氏體和針狀馬氏體的混合組織。
馬氏體的塑性和韌性主要取決於碳的飽和度與亞結構。
板條馬氏體塑形和韌性相當好，其主要原因是：
碳在馬氏體中過飽和程度小，晶格畸變小，殘餘應力小；
板條馬氏體亞結構為錯位。
高碳片狀馬氏體的塑形和韌性都很差，其主要原因是：
碳在馬氏體中過飽和程度大，晶格畸變嚴重，殘餘應力大；
片狀馬氏體的亞結構主要是孿晶。
馬氏體的轉變特點馬氏體轉變是在較低的溫度下進行的，因而具有一系列的特點，主要如下： ①無擴散性 ②變溫形成 ③髙速長大 ④馬氏體轉變的不完全性
(2）過冷奧氏體的連續冷卻轉變
過冷奧氏體連續冷卻轉變圖的分析
由圖2.23可見，當冷卻速度很小時，轉變的過冷度很小，轉變幵始和結束所需的時間很長。冷卻速度加大，則轉變溫度降低，過冷度加大，轉變開始和結束的時間縮短。
而且冷卻速度越大，轉變所經歷的溫度區間也越寬。圖中的kk'線為轉變的中止線，表示冷卻曲線與此線相交時，轉變並未最後完成，但過冷奧氏體已停止分解，剩餘部分將冷卻到更低溫度下發生馬氏體轉變。但當冷卻速度大於通過k點的冷卻速度vk時，過冷奧氏體將不發生珠光體轉變。
冷卻速度小於通過k'點的冷卻速度vk'時，過冷奧氏體全部轉變成為珠光體，而不發生馬氏體轉變。 當冷卻速度大於vk'而小於vk時，過冷奧氏體將部分發生珠光體轉變，其餘部分發生馬氏體轉變。
九、鋼的加熱
（1）加熱的目的和要求
評定加熱***壞一般有以下幾方面的指標：奧氏體的碳濃度與合金濃度；奧氏體的成分均勻性；奧氏體的晶粒度；第二相的數量、大小和分布；表面氧化、脫碳或增碳的程度；變形開裂的程度。不同鋼種、不同工件、不同的熱處理工藝，對上述指標的要求是不同的。
例如，淬火加熱時.要求奧氏體的碳濃度要適當，合金濃度盡可能髙.成分越均勻越好，晶粒越細小越好。
亞共析鋼中通常不允許有未溶鐵素體存在，共析鋼、過共析鋼中未溶碳化物數量要適當.越細小、均勻分布越好。不允許有表面氣化、脫碳或增碳現象.
不允許發生幵裂，要嚴防變形。
（2）加熱速度的選擇塑性高的鋼材加熱速度可大一些，反之，脆性大的鋼材加熱速度應相對減小。導熱性差的鋼（如髙鉻鋼、高速鋼等）應採用較小的加熱速度。對大尺寸工件應採用較小的加熱速度。
形狀複雜、截面相差懸殊的工件加熱速度宜小一些。若加熱前工件存有較大的殘餘應力，當加熱產生的熱應力與內應力方向一致時，易導致工件變形開裂，故加熱速度應小一些。
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