通過對金屬制件加熱、保溫和冷卻的熱處理工藝過程,只改變了材料的性能,而不改變零件的形狀和尺寸(由內(nèi)應(yīng)力引起的變形除外)。材料性能的變化是由于熱處理過程中組織結(jié)構(gòu)變化而引起的。已經(jīng)知道,只有在固態(tài)具有組織結(jié)構(gòu)變化的材料才能進行熱處理,鋼及部分鋁合金,銅合金可進行熱處理。合金相圖是確定加熱溫度的依據(jù),并可確定加熱時組織的變化;控制冷卻過程中的組織變化獲得所要求的性能。了解熱處理過程中組織結(jié)構(gòu)的變化,對于采用何種熱處理,合理安排熱處理和機被加工之間的關(guān)系是十分必要的。
 
　　1.合金相圖
 
　　(1)鐵一碳合金相圖　鐵一碳合金相圖是鋼和鑄鐵熱處理的依據(jù)。當(dāng)含碳量低于E點的合金為鋼,超過E點的合金為鑄鐵。CS線表示奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的溫度線,以A表示。ES是碳在奧氏體中的溶解度曲線,隨著溫度的降低自奧氏體中析出網(wǎng)狀滲碳體,以A表示。PSK線是奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的溫度,以A1表示S點為共析點。S點成分(如合金1)的合金為共析鋼,平衡組織為珠光體(鐵素體+片狀滲碳體)。成分在PS間的所有合金(如合金2)為亞共析鋼,平衡組織為鐵素體+珠光體,隨含碳量由P點增至S點的合金,組織中的珠光體隨之增加,強度、硬度提高,塑性、韌性下降。成分在SE間的所有合金(如合金3)為過共析鋼,平衡組織為網(wǎng)狀滲碳體+珠光體,隨含碳量的增加,合金組織中的滲碳體隨之增加,硬度提高,脆性增大。可以看出,各種鋼在固態(tài)時自高溫冷卻到室溫都有組織的變化。
　　(2)鋁合金相圖　為部分鋁一鋼合金相圖示意圖,可以看出,含銅量低于F的合金,在固態(tài)都沒有任何變化,這類合金不能通過熱處理來改變其性能。

　　2.奧氏體狀態(tài)的鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變
 
　　鋼拋光機的熱處理是將鋼加熱至臨界溫度以上某一溫度,獲得奧氏體組織保溫一定的時間后,以不同速度冷卻,奧氏體發(fā)生不同的轉(zhuǎn)變。常用奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線來說明這種轉(zhuǎn)變,在手冊中可查到各種鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線,是共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線,轉(zhuǎn)變曲線是由轉(zhuǎn)變開始曲線和轉(zhuǎn)變終了曲線組成,Ms水平線表示奧氏本轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的開始溫度(終了溫度M在零度以下)。曲線表明溫度在A1以上奧氏體穩(wěn)定不發(fā)生轉(zhuǎn)變,在A1以下奧氏體不穩(wěn)定,轉(zhuǎn)變之前處于過冷狀態(tài)。奧氏體的穩(wěn)定性取決于轉(zhuǎn)變的孕育期,在鼻尖處(約50℃時)孕育期***短,過冷奧氏體穩(wěn)定性***小。若冷速較慢,過冷奧氏體在鼻尖(50℃)以上的溫度轉(zhuǎn)變得到珠光體類(片層狀)組織,這是退火正火時的組織變化;若冷卻速度很快,在冷到50℃時奧氏體尚未轉(zhuǎn)變,繼續(xù)冷到M溫度以下,過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,還有殘余奧氏體,這是淬火時的組織變化。控制冷卻速度可以獲得所需的組織和性能。