当高温的奥氏体获得极大的过冷(对共析钢要过冷到230℃以下)造成碳无法扩散，碳化物无法从奥氏体中析出，就形成一种非平衡的新组织。试验表明，虽然碳无法从奥氏体中扩散出来，但是奥氏体仍然从原来)γ-Fe的FCC结构转变成α- Fe的BCC结构。 因为没有碳化物的析出，所以碳就过饱和的溶解在BCC结构中将晶格拉长变成了BCT结构。钢中形成的这种碳在α- Fe中过饱和的固溶体就被称为马氏体(Martensite)。有两种典型的组织：板条马氏体与片状马氏体。

板条状马氏体光学显微镜下的特征是：束状组织，每一束内有条，条与条间以小角度晶界分开，而束与束间有较大的夹角。

片层状马氏体光学显微镜下的特征是：细针状或竹叶状，片与片之间以一定的夹角相交。一个重要的规律是：奥氏体的晶粒越粗大，马氏体的片也越粗大。

对马氏体的转变机理目前尚不完全清楚。但根据大量的试验结果可归纳出以下的转变特征(相对于扩散性相变具有的一些特点)：因为转变温度很低，相变驱动力大，使铁原子发生迁移，奥氏体由原来的FCC结构变成BCC结构。Fe原子的移动时是以马氏体与母相的界面为固定的平面，每个原子均相对于相邻的原子以相同的矢量移动，且移动的距离不超过原子间距，移动后仍然保持原有的近邻关系。这种方式为切变。

因转变的温度很低，碳及合金元素均无法扩散，造成原奥氏体中的化学成分与马氏体中的化学成分完全致， 这一特征称为无打散性。

马氏体的形成的速度极快。只要有过冷度到马氏体开始转变的温度(Ms点)会立即以高速形成相当数量的马氏体，在一般的钢中如果在Ms点以下的某一温度延长时间，马氏体的数量不会增加。只有不断的降温，马氏体的数量才可以不断的增加。一旦到了马氏体转变终了温度(Mf点)再降温马氏体的数量也不再增加。这种特征称为变温形成瞬时长大。

根据变温形成瞬时长大特征可知，即使到了Mf点(一般在室温以下)也会有一部分奥氏体不发生转变，而保留下来，称为残余奥氏体。此特征称为转变不完全性。

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