由铁碳合金相图可知：将钢加热至临界点温度以上，其内部组织可转变为奥氏体。钢热处理时，加热的目的就是为了获得均匀的、细晶粒的奥氏体组织，为后续的组织转变做准备。将钢加热至临界点以上使钢的组织转变为奥氏体，这个热处理过程称为钢的奥氏体化。
1. 钢的奥氏体化
我们以共析钢为例，分析钢的奥氏体化。
将共析钢加热至Ac 1 以上温度，共析钢将完成奥氏体化（P→A）。其过程分为四个阶段：形成奥氏体晶核、奥氏体晶核长大、残余渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化。共析钢的奥氏体化过程如图4-3所示。
图4-3 共析钢奥氏体化示意图
（1） 奥氏体晶核的形成
珠光体向奥氏体转变的第一步是形成奥氏体晶核。因为铁素体和渗碳体两相交界处碳浓度差大，而且界面处原子排列不规则，所以在铁素体和渗碳体的界面处优先形成奥氏体晶核。
（2） 奥氏体晶核的长大
奥氏体晶核形成后，随着晶格的改组和原子的扩散，奥氏体晶核不断长大。
（3） 残余渗碳体的溶解
在晶格结构和含碳量方面，渗碳体与奥氏体的差别远大于铁素体与奥氏体的差别，所以渗碳体向奥氏体的转变慢于铁素体，前两个过程结束后还有一部分渗碳体未溶解。随着保温时间的延长，这部分残余的渗碳体将溶于奥氏体，直至消失。
（4） 奥氏体成分的均匀化
残余渗碳体全部溶解后，奥氏体晶粒中的碳浓度是不均匀的。原来的渗碳体处含碳较高，原来的铁素体处含碳较低。随着保温时间的延长，奥氏体的成分逐渐趋于均匀化。
亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢的奥氏体化过程基本相同，在此不再详述。
2. 奥氏体的晶粒大小及其控制
钢奥氏体化后，其内部组织转变为奥氏体。奥氏体晶粒的大小，直接影响到热处理最终组织的晶粒大小，而热处理最终组织的晶粒大小又直接影响热处理质量。因此，在热处理的加热和保温过程中，必须采取必要措施来控制奥氏体晶粒大小。
（1） 奥氏体的晶粒度
奥氏体的晶粒大小称为奥氏体的晶粒度。
奥氏体化刚完成时的奥氏体晶粒度称为奥氏体的起始晶粒度，其晶粒很细小。随着加热温度的升高和保温时间的延长，奥氏体晶粒会逐渐长大。不同成分的钢，其晶粒长大的倾向不同。晶粒长大的倾向，用本质晶粒度表示。把钢加热到930±10℃，保温8h，冷却后测得的晶粒度为钢的本质晶粒度。本质晶粒度大，表示随着加热温度的升高和保温时间的延长，晶粒容易长大。
随着加热温度的升高，有些钢的奥氏体晶粒会迅速长大，称这类钢为本质粗晶粒钢；随着加热温度的升高，有些钢的奥氏体晶粒不易长大，只有当温度超过一定值时才会突然长大，称这类钢为本质细晶粒钢。生产中，需要热处理的零件，一般用本质细晶粒钢制造。
在具体给定的加热条件下所获得的奥氏体晶粒度称为实际晶粒度，它直接影响热处理的组织和性能。
（2） 奥氏体的晶粒大小的控制
热处理加热时，影响奥氏体晶粒大小的因素包括加热温度、时间加热速度、保温时间、钢的成分、钢的原始组织等。加热温度越高、加热速度越慢、保温时间越长，获得的奥氏体晶粒越粗大。奥氏体中碳的质量分数增加，不利于获得细小奥氏体晶粒；钢中的合金元素（除Mn，P外）一般有利于获得细小的奥氏体晶粒；钢的原始组织中晶粒越细小，越利于获得细小的奥氏体晶粒。由此可以看出：在零件材料已确定的条件下，合理选择加热温度、加热速度和保温时间，是控制奥氏体晶粒度的主要工艺措施。