奧氏體化是鋼的組織轉(zhuǎn)變的基本條件。下面首先以共析鋼為例，分析奧氏體的形成過程：

（1）奧氏體的形成

共析鋼在A1點(diǎn)以下全部為珠光體組織，珠光體（P）是鐵素體（F）和滲碳體（Fe3 C）兩相組成的機(jī)械混合物；因此珠光體向奧氏體（A）的轉(zhuǎn)變過程中必須進(jìn)行晶格的改組和鐵、碳原子的擴(kuò)散。奧氏體的形成是通過形核及長大過程來實(shí)現(xiàn)的，其基本過程可分為4個(gè)階段，如圖1．4．2所示。

圖1．4．1　鋼在實(shí)際加熱和冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)

圖1．4．2　珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變過程示意圖

第一階段，奧氏體晶核的形成　如圖1．4．2（a）所示，奧氏體晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的相界面上形成。這是因?yàn)橄嘟缑嫔系脑优帕胁灰?guī)則，位錯(cuò)和空位密度較高，處于能量較高狀態(tài)，此外因奧氏體的含碳量介于鐵素體和滲碳體之間，故在兩相的界面上為奧氏體的形核提供了良好的條件。

第二階段，奧氏體晶核的長大　如圖1．4．2（b）所示，這一過程是依靠鐵、碳原子的擴(kuò)散，使其鄰近的鐵素體晶格改組為面心立方晶格的奧氏體和與其鄰近的滲碳體不斷溶入奧氏體而進(jìn)行的。這一階段一直進(jìn)行到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體為止。

第三階段，殘余滲碳體的溶解　如圖1．4．2（c）所示，由于滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)和含碳量都與奧氏體差別很大，故鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變速度比滲碳體向奧氏體的溶解要快，因此在鐵素體全部消失后，仍有部分滲碳體尚未溶解，隨著保溫時(shí)間的延長，殘余滲碳體不斷溶入奧氏體，直到全部消失為止。

第四階段，奧氏體的均勻化　如圖1．4．2（d）所示，由于原來珠光體中的碳主要集中在滲碳體中，故當(dāng)殘余滲碳體完全溶解后，奧氏體中碳濃度仍是不均勻的，原先是滲碳體的地方碳濃度較高，而原先是鐵素體的地方碳濃度較低。只有繼續(xù)延長保溫時(shí)間，通過碳原子的擴(kuò)散才能獲得均勻的奧氏體。

亞共析碳鋼和過共析碳鋼的奧氏體形成過程與共析鋼相似，但它們的室溫組織中除了珠光體外，還有先析出的鐵素體和先析出的二次滲碳體。因此，亞共析碳鋼和過共析碳鋼的奧氏體轉(zhuǎn)化過程，首先是珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，然后先析出相繼續(xù)向奧氏體轉(zhuǎn)變或溶解，最后得到單相奧氏體組織。

奧氏體形成速度主要受到以下幾個(gè)因素的影響：

①加熱溫度　加熱溫度越高，原子擴(kuò)散能力越大，鐵素體的晶格改組和鐵、碳原子的擴(kuò)散越快，因而加速了奧氏體的形成。

②加熱速度　加熱速度越快，奧氏體的形成溫度越高，形成的溫度范圍越寬，因而形成所需的時(shí)間越短。

③鋼的含碳量　隨著鋼中含碳量的增加，鐵素體和滲碳體相界面總量增多，有利于奧氏體的形核，可加速奧氏體的形成。

④鋼原始晶粒的大小　鋼的原始晶粒越細(xì)，其界面越多，奧氏體的形成速度越快。例如成分相同的鋼，細(xì)片狀珠光體與粗片狀珠光體相比，前者鐵素體與滲碳體相界面的面積大，形成奧氏體晶核的幾率高，因此細(xì)片狀珠光體的奧氏體形成速度快。

（2）奧氏體晶粒的長大

鋼加熱時(shí)，奧氏體晶粒的大小直接影響到熱處理后鋼的性能。實(shí)踐證明，原來奧氏體晶粒細(xì)小的，熱處理后鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性均較高。因而細(xì)化晶粒成為提高鋼的性能的重要途徑之一。為了控制奧氏體晶粒，就需要研究奧氏體晶粒長大的過程。

1）奧氏體的晶粒度

晶粒度是表示晶粒大小的尺度。鋼進(jìn)行加熱時(shí)，當(dāng)珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)的奧氏體晶粒度，成為起始晶粒度。一般情況下，奧氏體起始晶粒度比較細(xì)小，在繼續(xù)加熱或保溫時(shí)，它就要長大。

鋼在某一具體的熱處理或熱加工條件下實(shí)際獲得的奧氏體晶粒度，稱為奧氏體的實(shí)際晶粒度。它的大小直接影響著鋼的性能。實(shí)際晶粒一般總比起始晶粒大。因?yàn)樵跓崽幚磉^程中，通常都有一個(gè)升溫和保溫階段，就在這段時(shí)間內(nèi)，晶粒有了不同程度的長大。實(shí)踐表明，不同成分的鋼，在熱處理加熱時(shí)，奧氏體晶粒的長大傾向是不同的，如圖1．4．3所示。在圖中，晶粒度級(jí)別數(shù)字越大，表明晶粒越細(xì)小。由圖可見，有些鋼的奧氏體晶粒隨著加熱溫度的升高會(huì)迅速長大，這類鋼稱為本質(zhì)粗晶粒鋼（如圖中的曲線1）；而有些鋼的奧氏體晶粒則不容易長大，只有加熱到較高溫度（900～950℃）時(shí)，奧氏體晶粒才會(huì)急劇長大，這類鋼稱為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼（如圖1．4．3中的曲線2）（注：晶粒度級(jí)別數(shù)字越大，晶粒越細(xì)小）。

為了測(cè)定鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長大的傾向（奧氏體的本質(zhì)晶粒度），國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 6394—86）規(guī)定，將鋼加熱到（930±10）℃，保溫3～8 h，冷卻后在放大100倍的顯微鏡下測(cè)定奧氏體的晶粒度，并與標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)圖進(jìn)行比較評(píng)級(jí)，凡是晶粒度是1～4級(jí)的定為本質(zhì)粗晶粒鋼；5～8級(jí)的定為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。

應(yīng)該注意，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼只是在特定的加熱條件下其奧氏體晶粒長大傾向較小，并不是在任何加熱溫度下都不會(huì)產(chǎn)生晶粒粗化。當(dāng)加熱溫度較高時(shí)（＞930℃），奧氏體晶粒長大傾向急劇增加，此時(shí)，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的實(shí)際晶粒度很可能比本質(zhì)粗晶粒鋼還要大（如圖1．4．3所示）。

圖1．4．3　加熱溫度與奧氏體晶粒長大的關(guān)系

1—本質(zhì)粗晶粒鋼　2—本質(zhì)細(xì)晶粒鋼

用鋁脫氧的鋼大多是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，用硅錳脫氧的鋼為本質(zhì)粗晶粒鋼。這是因?yàn)殇X與鋼中的氧、氮化合，形成極細(xì)的化合物（如Al2 O3，AlN等）微粒分布在奧氏體晶界上，阻止了奧氏體晶粒的長大。但在很高的加熱溫度下，這些化合物微粒會(huì)集聚長大或溶解消失，使奧氏體晶粒迅速長大。

在工業(yè)生產(chǎn)中，沸騰鋼一般為本質(zhì)粗晶粒鋼，鎮(zhèn)靜鋼一般為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。需經(jīng)熱處理的工件一般都采用本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。

2）影響奧氏體晶粒長大的因素

加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，奧氏體晶粒長得越大。當(dāng)加熱溫度確定后，加熱速度越快，過熱度越大，奧氏體晶粒越細(xì)小。

隨著奧氏體含碳量的增加，鐵、碳原子的擴(kuò)散速度增大，奧氏體晶粒長大傾向增加。但當(dāng)超過奧氏體飽和碳濃度以后，由于出現(xiàn)殘余滲碳體，產(chǎn)生機(jī)械阻礙作用，使晶粒長大傾向減小。

為了控制奧氏體晶粒的長大，可采用快速加熱、短時(shí)間保溫、合理選擇加熱溫度、合理選擇鋼的原始組織和成分等措施。