通过对金属制件加热、保温和冷却的热处理工艺过程,只改变了材料的性能,而不改变零件的形状和尺寸(由内应力引起的变形除外)。材料性能的变化是由于热处理过程中组织结构变化而引起的。已经知道,只有在固态具有组织结构变化的材料才能进行热处理,钢及部分铝合金,铜合金可进行热处理。合金相图是确定加热温度的依据,并可确定加热时组织的变化;控制冷却过程中的组织变化获得所要求的性能。了解热处理过程中组织结构的变化,对于采用何种热处理,合理安排热处理和机被加工之间的关系是十分必要的。
 
　　1.合金相图
 
　　(1)铁一碳合金相图　铁一碳合金相图是钢和铸铁热处理的依据。当含碳量低于E点的合金为钢,超过E点的合金为铸铁。CS线表示奥氏体开始转变为铁素体的温度线,以A表示。ES是碳在奥氏体中的溶解度曲线,随着温度的降低自奥氏体中析出网状渗碳体,以A表示。PSK线是奥氏体转变为珠光体的温度,以A1表示S点为共析点。S点成分(如合金1)的合金为共析钢,平衡组织为珠光体(铁素体+片状渗碳体)。成分在PS间的所有合金(如合金2)为亚共析钢,平衡组织为铁素体+珠光体,随含碳量由P点增至S点的合金,组织中的珠光体随之增加,强度、硬度提高,塑性、韧性下降。成分在SE间的所有合金(如合金3)为过共析钢,平衡组织为网状渗碳体+珠光体,随含碳量的增加,合金组织中的渗碳体随之增加,硬度提高,脆性增大。可以看出,各种钢在固态时自高温冷却到室温都有组织的变化。
　　(2)铝合金相图　为部分铝一钢合金相图示意图,可以看出,含铜量低于F的合金,在固态都没有任何变化,这类合金不能通过热处理来改变其性能。

　　2.奥氏体状态的钢在冷却时的转变
 
　　钢抛光机的热处理是将钢加热至临界温度以上某一温度,获得奥氏体组织保温一定的时间后,以不同速度冷却,奥氏体发生不同的转变。常用奥氏体等温转变曲线来说明这种转变,在手册中可查到各种钢的奥氏体等温转变曲线,是共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线,转变曲线是由转变开始曲线和转变终了曲线组成,Ms水平线表示奥氏本转变为马氏体的开始温度(终了温度M在零度以下)。曲线表明温度在A1以上奥氏体稳定不发生转变,在A1以下奥氏体不稳定,转变之前处于过冷状态。奥氏体的稳定性取决于转变的孕育期,在鼻尖处(约50℃时)孕育期***短,过冷奥氏体稳定性***小。若冷速较慢,过冷奥氏体在鼻尖(50℃)以上的温度转变得到珠光体类(片层状)组织,这是退火正火时的组织变化;若冷却速度很快,在冷到50℃时奥氏体尚未转变,继续冷到M温度以下,过冷奥氏体转变为马氏体,还有残余奥氏体,这是淬火时的组织变化。控制冷却速度可以获得所需的组织和性能。