当高温的奥氏体获得极大的过冷度（共析钢要过冷到230℃以下）时，会造成碳无法扩散，使碳化物无法从奥氏体中析出。也就是说，当钢从奥氏体区急剧冷到Ms时，γ-Fe晶格迅速向a-Fe晶格转变，但由于温度较低，钢中碳原子完全失去扩散能力，被迫全部留在a_- Fe晶格中，大大超过了碳在a-Fe中的正常溶解度，就会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的面心立方结构转变成α-Fe的体心立方结构。因为没有碳化物析出，所以碳就过饱和地溶解在体心立方结构中将晶格拉长，变成体心正方结构。钢中形成的这种碳在α-Fe中过饱和的固溶体称为马氏体。马氏体有两种典型的组织，即板条马氏体与片状马氏体。马氏体的显微组织如图2-12所示。图2-12a所示为碳质量分数较低（w_C=0.2%）的低碳马氏体，在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，而束与束之间有较大的夹角。其单元立体形状为板条状，故称为板条马氏体。由于它的亚结构主要由高密度的位错组成，所以又叫位错马氏体。板条马氏体的性能特点是具有良好的强度及较好的塑性。图2-12b所示为碳质量分数较高（w_C=1.0%）的高碳马氏体，在光学显微镜下的特征是：呈细针状或竹叶状，片与片之间以一定的夹角相交。它的一个重要规律是：奥氏体的晶粒越粗大，马氏体的片就会越粗大。每个高碳马氏体晶体的厚度与径向尺寸相比是很小的，其断面形状呈针状，故称为针状马氏体或片状马氏体。由于其亚结构主要为细小孪晶，所以又称为孪晶马氏体。针状马氏体的性能特点是硬度高而脆性大。马氏体的硬度主要取决于马氏体中的碳质量分数。马氏体中由于溶入过多的碳而使a-Fe晶格发生畸变，增加了塑性变形的抗力，故马氏体的硬度随着碳质量分数的增加而增加。但当钢中的碳质量分数大于0.6%时，由于Mf降到零度以下，过冷奥氏体快冷到室温时，势必有较多的奥氏体不发生转变而残留在钢中，所以此时钢的硬度不再上升。因此，把过冷到Mf以下温度仍未发生马氏体转变的奥氏体称为残留奥氏体，用A_R表示。

图2-12 马氏体的显微组织(www.daowen.com)

a）板条马氏体 b）针状马氏体