过共析钢 在液态到室温的冷却过程中，首先进行匀晶转变，形成单相固溶体γ；当温度到达ES线以下时，过饱和的固溶体γ中析出渗碳体（二次渗碳体Fe3CII），奥氏体γ的成分变到共析点S(0.77%C)；共析转变γ0.77→(α+Fe3C)，形成珠光体P。因此，过共析钢的室温组织为珠光体P(α+Fe3C)+Fe3CII。对于过共析钢，随着含碳量增高，钢中Fe3CII的量增大。由于大量的Fe3CII会形成网状结构，造成钢的脆性急剧增高，所以实际生产中使用的钢含碳量一般都低于1.5%；另外，含有网状Fe3CII的钢不能直接使用，需要经过锻造（压碎Fe3CII网）或相应的热处理后才能使用。
共晶白口铁 在从液态缓慢冷却到室温的过程中，首先在1148℃进行共晶转变，液相全部凝固成为高温莱氏体Ld（共晶组织），在1148℃到727℃之间，莱氏体中的奥氏体γ将按照ES线的变化趋势析出二次渗碳体Fe3CII，而奥氏体在727℃时的含碳量降到0.77%；此时，奥氏体进行共析转变，将全部转变成珠光体P。经过共析转变的莱氏体，称为低温莱氏体，用符号Ld'表示，以区别Ld。珠光体中的渗碳体叫做共析渗碳体，共晶组织中的渗碳体叫做共晶渗碳体。
亚共晶白口铁 冷却过程中组织转变与共晶白口铁类似，只是在共晶转变之前，液相中先结晶出奥氏体。到达1148℃时，剩余的液相成份为4.3%C，再往下面，液相的转变就与共晶白口铁一样了。先结晶出来的奥氏体和共晶奥氏体一样，在以后的冷却过程中依次析出二次渗碳体（难以明显看出）和进行共析转变。室温下亚共晶白口铁的平衡组织为：P+Fe3CII+Ld'。
过共晶白口铁 在从液态到室温的冷却过程中，先从液相中结晶出来的是一次渗碳体Fe3CI，剩余的液相在1148℃进行共晶转变。因此，过共晶白口铁的室温组织为：Fe3CI+Ld’。
碳对钢性能的影响 碳钢的组成相只有铁素体和渗碳体两种，组织组成物有先共析铁素体、珠光体和二次渗碳体三种。由于铁素体硬度低、塑性好，渗碳体硬度非常高、塑性为0；所以，由铁素体和渗碳体均匀混合的珠光体具有良好的综合性能，即具有良好的强度和硬度,同时也具有较好地塑性和韧性。对于亚共析钢，随着含碳量的增加，珠光体的相对量提高，钢的强度、硬度增高，塑性、韧性下降。对于过共析钢，随着含碳量的增加，二次渗碳体数量增加，并且形成网状结构，不仅造成钢的塑性、韧性下降，同时也使强度下降；只有硬度增高。
单晶体金属塑性变形
单晶体塑性变形有“滑移”和“孪生”等不同方式，大多数情况以滑移方式发生。正应力只能引起晶格的弹性伸长，或进一步把晶体拉断，切应力可使晶格在发生弹性歪扭之后，进一步造成滑移。通过大量的晶面滑移，最终使试样拉长变细。
滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面发生相对的滑动。
滑移变形要点：
（1）滑移只能在切应力的作用下发生
（2）滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
这是因为只有在最密晶面（滑移面）之间的面间距及最密晶向（滑移方向）之间的原子间距才最大，因而原子结合力最弱，所以在最小的切应力下使能引起它们之间的相对滑动。
（3）滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整数倍，滑移的结果会在晶体的表面上造成台阶。
（4）滑移的同时必然伴有晶体的转动，沿外力方向。
滑移系：滑移面数与滑移方向数的乘积。滑移系越大，金属滑移的可能性越大，即金属塑性越好。
孪生：当晶体在切应力的作用下发生孪生变形时，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分晶体作均匀地切变，在切变区域内，与孪生面平行的每层原子的切变量与它距孪生面的距离成正比，并且不是原子间距的整数倍。这种切变不会改变晶体的点阵类型，但可使变形部分的位向发生变化，并与未变形部分的晶体以孪晶界为分界面构成了镜面对称的位向关系。通常把对称的两部分晶体称为孪晶，而将形成孪晶的过程称为孪生。
滑移与孪生的异同：孪生是原子的相对切变距离小于孪生方向上一个原子间距。孪生也是通过位错运动来实现的。但产生孪生的位错的柏氏矢量小于一个原子间距。孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多。大多数bcc金属的孪生临界切应力大于滑移临界切应力，所以滑移先于孪生进行；fcc金属的孪生临界切应力远大于滑移临界切应力，所以一般不发生孪生变形。
固溶强化：由于固溶体中存在着溶质原子，使得合金的强度和硬度升高，而塑性、韧性下降，这种现象称为固溶强化。
加工硬化：在塑性变形过程中，随着金属内部组织的变化，金属的力学性能也将产生明显的变化，即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降，这一现象称为加工硬化或形变强化。
细晶强化：随着晶粒尺寸的减小，材料的强度硬度升高，塑性、韧性也得到改善的现象称为细晶强化
弥散强化：在母体金属中形成析出物(碳化物、氮化物、金属间化合物等)，析出物具有阻碍位错运动的作用，在母相呈微细弥散分布状态，能提高强度，这一现象称为弥散强化。
冷加工纤维组织 是纯金属和单相合金在冷塑性变形时和变形度很大的条件下，各晶粒伸长成纤维状形成的组织。
热加工纤维组织：在热加工过程中，铸锭中的粗大枝晶和各种夹杂物都要沿变形方向伸长，这样就使枝晶间富集的杂质和非金属夹杂物的走向逐渐与变形方向一致，一些脆性杂质破碎成链状，塑性的夹杂物变成条带状、线状或片层状，在宏观试样上沿着变形方向变成一条条细线，这就是热加工钢中的流线。由一条条流线勾划出来的组织，叫做热加工纤维组织。
形变织构 与单晶体一样，多晶体在塑性变形时也伴随着晶体的转动过程，故当形变量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这一现象称为晶粒的择尤取向，这种由于金属塑性变形使晶粒具有择尤取向的组织叫做形变织构。
同一种材料随加工方式不同，可能出现不同类型的织构：
（1）丝织构 在拉拔时形成，各晶粒的某一晶向平行或近似平行于拉拔方向，
（2）板织构 在轧制时形成，各晶粒某一晶面平行于轧制方向，而某一晶向平行于轧制方向。
回复： 即在加热温度较低时，仅因金属中的一些点缺陷和位错迁移而所引起的某些晶内的变化。晶粒大小和形状无明显变化。
回复的目的是消除大部分甚至全部第一类内应力和一部分第二类和第三类内应力。
多边形化：冷变形金属加热时，原来处于滑移面上的位错，通过滑移和攀移，形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。多边形化的驱动力来自弹性应变能的降低。多边形化降低了系统的应变能。
再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，位错密度显著降低，性能也发生显著变化，并恢复到冷变形前的水平，这个过程称为再结晶。再结晶不是相变。
再结晶的目的是释放储存能，使新的无畸变的等轴晶粒形成并长大，使之在热力学上变得更为稳定。
动态回复与再结晶：在再结晶温度以上进行热加工时，在塑性变形过程中发生的，而不是在变形停止后发生的回复与再结晶。
回复和再结晶的驱动力：金属处于热力学不稳定状态，有发生变化以降低能量的趋势，预先冷变形所产生的储存能的降低是回复和再结晶的驱动力。
再结晶形核机制：亚晶长大形核机制、晶界凸出形核机制。
再结晶温度：经过严重冷变形（变形度在70%以上）的金属，在约1h的保温时间内能够完成再结晶（>95%转变量）的温度。
共析钢的加热转变
从铁碳相图中看到，钢加热到727℃（状态图的PSK线，又称A1温度）以上的温度，珠光体转变为奥氏体。这个加热速度十分缓慢，实际热处理的加热速度均高于这个缓慢加热速度，实际珠光体转变为奥氏体的温度高于A1，定义实际转变温度为Ac1。Ac1高于A1，表明出现热滞后，加热速度愈快，Ac1愈高，同时完成珠光体向奥氏体转变的时间亦愈短。
共析碳钢（含0.77%C）加热前为珠光体组织，一般为铁素体相与渗碳体相相间排列的层片状组织，加热过程中奥氏体转变过程可分为四步进行
第一阶段：奥氏体晶核的形成。由Fe-Fe3C状态图知：在A1温度铁素体含约0.0218%C，渗碳体含6.69%C，奥氏体含0.77%C。在珠光体转变为奥氏体过程中，原铁素体由体心立方晶格改组为奥氏体的面心立方晶格，原渗碳体由复杂斜方晶格转变为面心立方晶格。所以，钢的加热转变既有碳原子的扩散，也有晶体结构的变化。基于能量与成分条件，奥氏体晶核在珠光体的铁素体与渗碳体两相交界处产生，这两相交界面越多，奥氏体晶核越多。
第二阶段：奥氏体的长大。奥氏体晶核形成后，它的一侧与渗碳体相接，另一侧与铁素体相接。随着铁素体的转变（铁素体区域的缩小），以及渗碳体的溶解（渗碳体区域缩小），奥氏体不断向其两侧的原铁素体区域及渗碳体区域扩展长大，直至铁素体完全消失，奥氏体彼此相遇，形成一个个的奥氏体晶粒。
第三阶段：残余渗碳体的溶解。由于铁素体转变为奥氏体速度远高于渗碳体的溶解速度，在铁素体完全转变之后尚有不少未溶解的“残余渗碳体”存在，还需一定时间保温，让渗碳体全部溶解。
第四阶段：奥氏体成分的均匀化。即使渗碳体全部溶解，奥氏体内的成分仍不均匀，在原铁素体区域形成的奥氏体含碳量偏低，在原渗碳体区域形成的奥氏体含碳量偏高，还需保温足够时间，让碳原子充分扩散，奥氏体成分才可能均匀。
珠光体转变为奥氏体并使奥氏体成分均匀必须有两个必要而充分条件：一是温度条件，要在Ac1以上加热，二是时间条件，要求在Ac1以上温度保持足够时间。在一定加热速度条件下，超过Ac1的温度越高，奥氏体的形成与成分均匀化需要的时间愈短；在一定的温度（高于Ac1）条件下，保温时间越长，奥氏体成分越均匀。
还要看到奥氏体晶粒由小尺寸变为大尺寸是一个自发过程，在Ac1以上的一定加热温度下，过长的保温时间会导致奥氏体晶粒的合并，尺寸变大。相对之下，相同时间加热，高的加热温度导致奥氏体晶粒尺寸的增大倾向明显大于低的加热温度的奥氏体晶粒长大倾向。奥氏体晶粒尺寸过大（或过粗）往往导致热处理后钢的强度降低，工程上往往希望得到细小而成分均匀的奥氏体晶粒，为此可以采用：途径之一是在保证奥氏成分均匀情况下选择尽量低的奥氏体化温度；途径之二是快速加热到较高的温度经短暂保温使形成的奥氏体来不及长大而冷却得到细小的晶粒。
晶粒度：工程上把奥氏体晶粒尺寸大小定义为晶粒度，并分为8级，其中1～4级为粗晶粒，5级以上为细晶粒，超过8级为超细晶粒。
影响奥氏体晶粒大小的因素：加热温度和保温时间、加热速度、钢的化学成分、钢的原始组织。
钢在冷却时的转变：钢在奥氏体化后的两种冷却方式：等温冷却方式、连续冷却方式
珠光体转变及其组织
