钢在加热时的组织转变
在热处理工艺中，加热是钢热处理的第一道工序，退火、正火、淬火都应将钢加热到临界点以上，其目的是使钢全部或大部分组织转变成均匀的奥氏体，并尽量得到细小的晶粒。这对随后奥氏体冷却时转变产物的性能有很大的影响。
（1）钢的奥氏体化
将钢加热到Ac3或Ac1线以上时，钢中的珠光体将向奥氏体转变。奥氏体形成过程与液态金属结晶过程相似，包括形核和晶核长大过程。工件加热至Ac3或Ac1以上，以全部或部分获得奥氏体组织的过程称为奥氏体化。
1）奥氏体化分为四个阶段，如图8-1所示。
图8-1 共析钢奥氏体化的过程
a）界面形核 b）奥氏体晶核长大 c）残留Fe3 C溶解 d）奥氏体成分均匀化
① 奥氏体晶核的形成。奥氏体晶核最容易在铁素体与渗碳体的相界面处优先形成。这是由于相界面上原子排列紊乱，处于不稳定状态，为奥氏体的形核提供了有利条件，如图8-1a所示。
② 奥氏体晶核的长大。奥氏体晶核形成之后，与奥氏体相邻的铁素体中的铁原子通过扩散运动，转移到奥氏体晶核上来，使奥氏体晶核长大，同时与奥氏体相邻的渗碳体通过分解，不断溶入生成的奥氏体中，使奥氏体逐渐长大，如图8-1b所示。
③ 残留渗碳体的溶解。由于渗碳体的晶体结构和碳含量都与奥氏体相差很大，故渗碳体的溶解必定落后于铁素体向奥氏体的转变，即在铁素体全部消失后，仍有部分渗碳体尚未溶解。随着时间的延长，残留渗碳体继续向奥氏体溶解，直至全部消失为止，如图8-1c所示。
④ 奥氏体成分均匀化。当残留渗碳体全部溶解时，实际上奥氏体的成分还是不均匀的，在原来的渗碳体处碳含量较高，在原来的铁素体处碳含量较低。只有继续延长保温时间，通过碳原子进一步扩散，才能得到成分均匀的奥氏体组织。因此热处理过程中，加热后的保温阶段，不仅为了使工件热透，也是为了使组织转变完和奥氏体成分均匀化，如图8-1d所示。
2）奥氏体晶粒度与力学性能的关系。钢在具体加热条件下获得的奥氏体晶粒大小，称为奥氏体的实际晶粒度。其大小对冷却转变后钢的性能有明显影响。奥氏体晶粒细小，冷却后转变产物组织的晶粒也细小，其强度和韧性都较高；反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却后获得粗晶粒的组织，使钢的力学性能降低，特别是冲击韧度变坏，甚至在淬火时产生变形、开裂。所以，热处理加热时获得细小而均匀的奥氏体晶粒，往往是保证模具热处理质量的重要环节。
3）影响奥氏体晶粒长大的因素。奥氏体的晶体结构、组织形态和性能与材料的化学成分、奥氏体形成的热力学条件、形成过程、形成机制、奥氏体形成的动力学特点等相关，这些也是控制奥氏体晶粒度大小的重要因素。
① 钢的化学成分的影响。当加热温度相同时，碳含量越低，奥氏体晶粒越细小；相反，碳含量越高，越增加碳原子和铁原子的扩散速度，促使奥氏体晶粒长大。但当碳含量超过在奥氏体中的溶解度时，析出的碳化物或渗碳体会阻碍晶界的推移，又重新使奥氏体晶粒细化。
合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是显著的，除了Mn、P等以外，大多数合金元素会使钢在不同程度上得到细化，尤其是与碳结合力较强的碳化物形成元素，如Cr、W、Mo、Ti、Zr、Nb等，都有细化奥氏体晶粒和强烈阻碍奥氏体晶粒长大的作用。(https://www.daowen.com)
② 加热温度和保温时间的影响。加热温度越高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒越粗大；反之，加热温度越低，晶粒越细小。在一定的加热温度下，随着保温时间的延长，晶粒不断长大，但长到一定尺寸后便几乎不再长大。所以延长保温时间对晶粒长大的影响不如提高加热温度显著，因此要严格控制加热温度。
③ 加热速度的影响。在加热温度相同的情况下，加热速度越快则过热度越大（即奥氏体化的实际温度越高），形核率越高，奥氏体的起始晶粒度越小；另外，加热速度越快则加热时间越短，晶核来不及长大。所以，快速加热是细化晶粒的手段之一，感应加热和激光加热的热处理都是根据这一原理细化晶粒的实例。但模具材料多为多元金属材料，钢中碳化物多，快速加热难以使钢中碳化物均匀受热，难以完成奥氏体化过程，因此，在加热时常采用等温加热或适当延长保温时间。
（2）钢在加热时出现的缺陷
1）过热。当钢的加热温度过高，或在高温下保温时间过长时，奥氏体晶粒显著粗化的现象称为过热。过热后的钢冷却后，强度、塑性，尤其是冲击韧度明显降低，而且容易出现变形与裂纹。过热的钢需要重新进行正确的退火或正火，使奥氏体晶粒重新细化。
2）氧化脱碳。当模具在空气炉中未加保护气氛或在保护不良的情况下加热时，或在未经脱氧或脱氧不充分的盐浴炉中加热时，钢件表面与氧化性炉气（如氧、水蒸气、二氧化碳等）相互作用，会产生氧化脱碳现象。使工件表面形成氧化皮，造成钢的烧损，使工件的尺寸减小，表面粗糙，还会严重影响淬火时的冷却速度，造成软点或硬度不足，影响模具质量。温度越高，时间越长，氧化越严重，表层被烧损，表层碳含量降低，甚至形成大量铁素体组织。
为了防止以上氧化脱碳现象的出现，可采取以下措施：
① 进行预热，以缩短高温加热时间。
② 采用保护气氛加热，在盐浴炉中加热时必须充分做好盐浴的脱氧工作。
③ 可在模具表面涂覆保护层或将模具装入密封箱中加热。
④ 高合金钢和精密模具最好采用真空加热。
3）过烧。钢的加热温度远远超过正常的加热温度，接近固相线温度，奥氏体的晶界发生氧化，甚至局部熔化，这种现象称为过烧。钢的过烧组织，晶粒极为粗大，在晶界上出现氧化物网络。过烧后的钢件性能急剧降低，通常是无法挽救的，只能报废。因此，在热处理加热时，应该经常检验测温仪表，严防炉子超温。
4）加热不足。这种缺陷表现为淬火后硬度不足，在金相组织中存在着未溶铁素体，以及出现托氏体或索氏体，甚至出现未转变的珠光体区。对于高合金钢，则表现为合金碳化物未能充分溶解。这些主要是由于加热温度偏低或加热时间太短而造成的。在实际操作中，常由仪表指示偏高或炉温不均匀以致实际工作温度较低引起。
纠正措施：对于一般碳素钢及合金结构钢，可再次按正确的温度加热足够的时间后重新淬火；对于高合金钢，必须退火或正火后重新淬火。