精密零件加工對熱處理的理解包含于對冶金學(xué)較廣泛的研究。冶金學(xué)是物理學(xué)、化學(xué)和涉及金屬從礦石提煉到最后產(chǎn)物的工程學(xué)。熱處理是將金屬在固態(tài)加熱和冷卻以改變其物理性能的操作。按所采用的步驟，鋼可以通過硬化來抵抗切削和磨損，也可以通過軟化來允許機(jī)加工。

使用合適的熱處理可以去除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、增加韌性或在柔軟材料上覆蓋堅硬的表面。因為某些元素(尤其是碳)的微小百分比極大地影響物理性能，所以必須知道對鋼的分析。合金鋼的性質(zhì)取決于其所含有的除碳以外的一種或多種元素，如鎳、鉻、錳、鉬、鎢、硅、釩和銅。由于合金鋼改善的物理性能，它們被大量使用在許多碳鋼不適用的地方。

?下列討論主要針對被稱為普通碳鋼的工業(yè)用鋼而言。熱處理時冷卻速率是控制要素，從高于臨界溫度快速冷卻導(dǎo)致堅硬的組織結(jié)構(gòu)，而緩慢冷卻則產(chǎn)生相反效果。

簡化鐵碳狀態(tài)圖

如果只把注意力集中于一般所說的鋼上，經(jīng)常要用到簡化鐵碳狀態(tài)圖。鐵碳狀態(tài)圖中靠近三角區(qū)和含碳量高于2%的那些部分對工程師而言不重要，因此將它們刪除。這對理解鋼的性能和處理是十分有用的。描述的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變是單相奧氏體(γ)?隨著溫度下降分解成兩相鐵素體加滲碳體組織結(jié)構(gòu)?？刂七@一由于奧氏體和鐵素體的碳溶解性完全不同而產(chǎn)生的反應(yīng)，使得通過熱處理能獲得很大范圍的特性。為了理解這些過程，考慮含碳量為0.77%的共析鋼，?x-x’線慢慢冷卻。在較高溫度時，只存在奧氏體，0.77%的碳溶解在鐵里形成固溶體。當(dāng)鋼冷卻到727℃?(1341℉)時，將同時發(fā)生若干變化。鐵需要從面心立方體奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方體鐵素體結(jié)構(gòu)，但是鐵素體只能容納固溶體狀態(tài)的0.02%的碳。被析出的碳與金屬化合物Fe3C形成富碳的滲碳體。本質(zhì)上，共析體的基本反應(yīng)是奧氏體0.77%的碳→鐵素體0.02%的碳+滲碳體6.67%的碳。

?由于這種碳成分的化學(xué)分離完全發(fā)生在固態(tài)中，產(chǎn)生的組織結(jié)構(gòu)是一種細(xì)致的鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。通過打磨并在弱硝酸酒精溶液中蝕刻制備的樣本顯示出由緩慢冷卻形成的交互層狀的薄片結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由兩種截然不同的狀態(tài)組成，但它本身具有一系列特性，且因與低倍數(shù)放大時的珠母層有類同之處而被稱為珠光體。含碳量少于共析體(低于0.77%)的鋼稱為亞共析鋼?，F(xiàn)在來看這種材料沿著y-y’ 線冷卻的轉(zhuǎn)變情況。

在較高溫度時，這種材料全部是奧氏體，但隨著冷卻就進(jìn)入到鐵素體和奧氏體穩(wěn)定狀態(tài)的區(qū)域。由截線及杠桿定律分析可知，低碳鐵素體成核并長大，剩下含碳量高的奧氏體。

在727℃(1341℉)時，奧氏體為共析組成(含碳量0.77%)，再冷卻剩余的奧氏體就轉(zhuǎn)化為珠光體。作為結(jié)果的組織結(jié)構(gòu)是初步的共析鐵素體(在共析反應(yīng)前的鐵素體)和部分珠光體的混合物。過共析鋼是含碳量大于共析量的鋼。當(dāng)這種鋼冷卻時，?z-z’線所示，除了初步的共析狀態(tài)用滲碳體取代鐵素體外，其余類似亞共析鋼的情況。

隨著富碳部分的形成，剩余奧氏體含碳量減少，在727℃(1341℉)時達(dá)到共析組織。就像以前說的一樣，當(dāng)緩慢冷卻到這溫度時所有剩余奧氏體轉(zhuǎn)化為珠光體。

?應(yīng)該記住由狀態(tài)圖描述的這種轉(zhuǎn)化只適合于通過緩慢冷卻的近似平衡條件。如果緩慢加熱，則以相反的方式發(fā)生這種轉(zhuǎn)化。然而，當(dāng)快速冷卻合金時，可能得到完全不同的結(jié)果。因為沒有足夠的時間讓正常的狀態(tài)反應(yīng)發(fā)生，在這種情況下對工程分析而言狀態(tài)圖不再是有用的工具。