将共析钢加热到临界点Ac1以上，发生共析反应，珠光体就转变为奥氏体，即P→A或F+Fe₃C→A。

在这个转变过程中，由于各相的碳含量不同，晶格类型不同，所以面临着碳的重新分布和晶格类型的重建两个问题。

首先，铁素体中碳的质量分数极低，最大不超过0.0218%，而渗碳体中碳的质量分数却高达6.67%，当这两个碳浓度相差极大的相溶合在一起成为一个相的时候，碳浓度必然有一个均匀化的过程。

其次，奥氏体、铁素体及渗碳体的晶格类型不同，铁素体为体心立方晶格，奥氏体为面心立方晶格，而渗碳体为复杂斜方结构，在奥氏体形成过程中旧的晶格必然要被新的晶格所代替。

奥氏体形成的过程与其他相变过程一样，同样遵循成核和长大这一普遍规律。

奥氏体的形成过程可以分为奥氏体成核、奥氏体晶核长大、未溶渗碳体溶解和奥氏体均匀化四个阶段，见图1。

(1)奥氏体成核

奥氏体的晶核首先在铁素体和渗碳体的相界面处形成，在这里两相的成分极不均匀，碳浓度相差悬殊，使扩散容易进行。晶格的类型也不同，在727℃以上，面心立方晶格的奥氏体比体心立方晶格的珠光体具有较低的自由能，处于奥氏体状态更稳定。

图1 共析钢奥氏体的形成过程示意图

a)奥氏体成核  b）奥氏体晶核长大  c）未溶渗碳体溶解  d）奥氏体均匀化

(2)奥氏体晶核长大

奥氏体晶核形成后，便在旧的相界面上产生了两个新的相界面，这就是奥氏体与铁素体的相界面和奥氏体与渗碳体的相界面。依靠这两个新的相界面，原子、晶核不断地向铁素体和渗碳体内部推移，一方面通过能量转换将铁素体的体心立方晶格重建为面心立方晶格。另一方面，通过原子扩散，将渗碳体的碳原子溶入已生成的奥氏体中，晶核不断长大直至各奥氏体晶粒互相接触，成为单一的奥氏体相。

(3)未溶渗碳体溶解

在奥氏体形成的过程中，一方面由于铁素体和奥氏体为同素异构体，另一方面由于渗碳体的晶体结构与奥氏体有很大的差别，碳含量也比奥氏体高出很多，所以铁素体向奥氏体的转变优先于渗碳体碳原子向奥氏体扩散。在奥氏体完全形成的初期，仍有部分未完全溶解的渗碳体存在，这些残留的渗碳体还需要经过一段时间才能完全溶解。

(4)奥氏体均匀化

残留渗碳体在奥氏体中完全溶解后，奥氏体中原来为铁素体的部分碳含量较低，原来为渗碳体的部分碳含量则较高，奥氏体的成分并不完全均匀。需要经过一段时间，使碳原子充分地扩散，达到奥氏体的均匀化。

亚共析钢的室温组织为铁素体和珠光体，当加热到Ac1时，珠光体转变为奥氏体。随着温度的升高，铁素体不断溶于奥氏体中，当温度升高到Ac3时，铁素体完全溶解，形成单一的奥氏体。

过共析钢的室温组织为珠光体和二次渗碳体，当加热温度达到Ac1时，珠光体转变为奥氏体，随着温度的不断升高，二次渗碳体逐渐溶于奥氏体中。当温度升高到Accm时，二次渗碳体溶解完毕，得到完全的奥氏体。

在实际应用中，共析钢和亚共析钢为了保证钢完全转变为奥氏体，通常都加热到Ac1和Ac3以上温度。过共析钢多用于工具、模具等，要求具有高的硬度和耐磨性。而渗碳体正好具有这些特性。为了保留渗碳体，往往不加热到Accm以上。此外，二次渗碳体完全溶于奥氏体后，会使晶粒迅速长大，或形成网状渗碳体，还会使钢冷却后的组织粗大，力学性能变坏，影响使用。保温时间的设定，一方面是为了保证在加热过程中零件心部和表面的温度达到一致；另一方面也为了使奥氏体的均匀化进行得更为充分，以保证冷却后所得的组织和性能均匀一致。