钢从奥氏体化状态快速冷却，抑制过冷奥氏体扩散分解，在较低的温度区间（Ms～Mf之间）发生马氏体转变。马氏体是碳在α-Fe中的过饱固溶体，是不稳定的组织，用符号“M”表示。马氏体转变属于低温转变，是典型的非扩散型相变，是钢热处理过程中的重要组织转变。
1.马氏体组织形态
马氏体的组织形态有多种形态，最为常见是板条马氏体和片状马氏体。
（1）板条马氏体 板条马氏体组织是由许多成群的、相互平行排列的板条所组成，故称为板条马氏体。对于某些钢板条不易腐蚀出来，往往呈现为块状，所以又称块状马氏体。板条马氏体的亚结构主要为高密度的位错，故又称为位错马氏体。
板条马氏体的空间形态是扁条状的。每个板条为一个单晶体，它们之间一般以小角晶界相间。相邻的板条之间往往存在厚度约为10～20nm的薄壳状的残留奥氏体，残留奥氏体的碳含量较高，也很稳定，它们的存在对钢的力学性能产生有益的影响。许多相互平行的板条组成一个板条束，一个原始奥氏体晶粒内可以有几个板条束（通常3～5个）。采用选择性侵蚀时，在一个板条束内有时可以观察到若干个黑白相间的板条块，块间呈大角晶界，每个板条块由若干板条组成。
（2）片状马氏体片 片状马氏体的空间形态呈双凸透镜状，由于与试样磨面相截，在光学显微镜下则呈针状或竹叶状，故又称为针状马氏体。如果试样磨面恰好与马氏体片平行相切，也可以看到马氏体的片状形态。马氏体片之间互不平行，呈一定角度分布。当奥氏体冷至稍低于Ms时，在原奥氏体晶粒中先形成的马氏体片贯穿整个晶粒，将晶粒一分为二，但一般不穿过晶界。以后陆续形成的马氏体片由于受到尺寸限制而越来越小。马氏体片的周围往往存在着残留奥氏体。片状马氏体的最大尺寸取决于原始奥氏体晶粒大小，奥氏体晶粒越粗大，则马氏体片越大。当最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨时，便称为隐晶马氏体。在生产中正常淬火得到的马氏体，一般都是隐晶马氏体。
在片状马氏体中常常能见到其中有一条明显的筋，称为中脊，中脊的厚度约为0.5～1μm，有人认为是马氏体转变的开始面，也相当于惯习面。片状马氏体的亚结构主要是孪晶，所以又称孪晶马氏体。
（3）马氏体转变的特征 马氏体转变相对于珠光体来说，是在较低的温度下进行，其特征有以下几个方面：
1）表面浮凸现象和切变共格性。马氏体转变时，在预先磨光的试样上与马氏体相交的表面一边凹陷，一边凸起，形成表面浮凸现象。这说明马氏体转变是通过切变方式完成的。
2）转变的非扩散性。马氏体相变前后没有任何化学成分的变化，即原奥氏体的成分和马氏体的成分保持一致。利用这点我们可以通过调整钢奥氏体化的温度和时间来控制奥氏体化程度，即控制奥氏体中的碳含量，从而达到改变马氏体碳含量的目的。这就是钢的淬火选用不同加热规范的主要考虑因素之一。
3）转变是在连续冷却（即变温）过程中进行的。当过冷奥氏体冷却到Ms以下后，马氏体量随温度的下降而增加。若在某一温度停留，除了瞬间形成一定量的马氏体外，不会因为保温时间的延长而使马氏体量再增加。要想增加马氏体量就必须继续降低温度。显然，马氏体量只决定于转变温度，而与保温时间无关，这一点与扩散性转变是截然不同的。马氏体转变温度越低，即冷却到Ms以下的温度越低，则转变的马氏体量越多。
4）转变的非彻底性。马氏体转变是从Ms温度开始，随温度降低而不断进行的。Mf是马氏体转变终止温度，但一般钢材的Mf都很低（如共析钢的Mf是-50℃），在通常的冷却条件下，只能冷到室温，因此马氏体转变不可能进行完全，总还有一部分过冷奥氏体残留下来。为了加以区别，把马氏体转变后所残留下的奥氏体称为残留奥氏体，用AR表示。由此可以看出，一般钢材冷却到室温，其马氏体转变的产物除了马氏体，总还有一定量的残留奥氏体存在。实际上，即使真正冷却到Mf温度，由于种种原因，马氏体转变还是不能彻底结束，因此，可以认为Mf是理论意义上的马氏体转变终止温度。残留奥氏体的存在是钢热处理过程的重要问题，它的数量多少对钢热处理过程的变形、开裂，以及最终力学性能等有十分重要的影响。
5）比体积增大。在马氏体、奥氏体、珠光体三种组织中，以马氏体的比体积最大，奥氏体的比体积最小，并且马氏体的碳含量越高，其比体积越大。因此，工件从奥氏体转变马氏体后体积要增大，从而产生内应力，这种由相变而产生的内应力称组织内应力。马氏体转变由于比体积增大，其组织内应力是很大的，这是钢在淬火时产生变形甚至开裂的重要原因。
2.马氏体性能(www.xing528.com)
淬火钢的组织性能通常是由马氏体性能决定的，了解马氏体的各种性能对制订热处理工艺有实际意义。
（1）马氏体的硬度和强度 马氏体的硬度随着碳含量的提高而提高，当w（C）为达到0.6%时，淬火钢的硬度接近最高，碳含量进一步增加对硬度的提高不大，由于有残留奥氏体的出现，硬度反而下降。合金元素对马氏体的硬度影响不大。
马氏体的强度来自于相变强化、固溶强化、时效强化等。
（2）马氏体相变塑性 钢在淬火过程中，马氏体相变时塑性会增加，往往会低于母相过冷奥氏体的屈服强度，这个现象就是马氏体的相变塑性。利用马氏体相变塑性，对中、高淬透性的工件（如GCr15、Cr12Mo、高速钢等），可在淬火过程中Ms附近温度矫正工件的变形。
（3）奥氏体稳定化 在淬火过程中，因缓慢冷却或停留引起奥氏体稳定性提高，使马氏体转变迟滞，产生奥氏体稳定化。
奥氏体热稳定化现象有重要的实际意义，可以利用奥氏体稳定化的规律，通过热处理工艺的改变来使之满足实际生产的需要。例如，利用分级、等温淬火可以使奥氏体发生一定的稳定化效果，以控制残留奥氏体量。采用在Ms点附近作短时停留的分级淬火，这时奥氏体稳定化程度比在较高温度的分级淬火要小。为了保证工件有较高的硬度和耐磨性，而尽量减少其残留奥氏体量。
淬火后在一定温度下回火，使残留奥氏体发生反稳定化，在回火冷却中转变为马氏体，以提高钢的硬度和强度。如W18Cr4V高速钢经淬火后残留奥氏体含量约25%～30%（体积分数），经560℃加热回火，即发生反稳定化过程，在随后油冷过程中可部分地转变为马氏体。这种回火重复多次，可使残留奥氏体含量减少到1%～3%（体积分数）。但是在回火冷却过程中，如在某一温度（250℃）停留，又会使奥氏体稳定化，但重新加热至560℃后，又将发生反稳定化，即出现了可逆性。
3.影响马氏体转变的因素
影响马氏体转变的因素通常是通过改变Ms点而起作用的。Ms点主要取决于奥氏体的化学成分，而奥氏体的化学成分又由钢的化学成分及热处理工艺决定。
1）钢的碳含量以及合金元素种类和含量的影响。必须注意，碳和合金元素只有溶入奥氏体才能对马氏体转变Ms点起作用。奥氏体中碳含量增加降低Ms点，使马氏体转变量减少。
2）钢的奥氏体化度提高和时间增加，奥氏体中碳含量增加，Ms点降低，残留奥氏体量增加。
3）冷却速度不能改变Ms的位置，但是冷却速度大于1×104℃/s，可以抑制板条马氏体转变，使之转变为片状马氏体。
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