1.钢中的淬火组织
（1）马氏体 马氏体即将高温奥氏体急速冷却下来获得的淬火组织。由于高温奥氏体中的含碳量不同，冷却下来可以获得组织形态、精细结构、晶体构造和力学性能等完全不同的两种马氏体——高碳马氏体和低碳马氏体。
1）高碳马氏体，即含碳量0.6%（质量分数）以上钢的淬火组织。高碳马氏体在金相显微镜下的组织形态主要呈现片状结构，故也称为片状马氏体。高碳马氏体片与片之间一般互为60°夹角，当含碳量大于1.4%（质量分数）时，马氏体片中有明显的中肋，且以闪电状（类似N字形）排列。
马氏体片大小取决于奥氏体晶粒度和成分的均匀性。成分较均匀时，最长的片可贯穿整个奥氏体晶粒。由于初生的一次片的阻碍作用，则次生出来的二次片、三次片等越来越细。
此外，滑移线和第二相质点等对马氏体片的长大也有限制作用。因此，加热时奥氏体晶粒越粗大，第二相质点越少，奥氏体成分越均匀，则形成的马氏体片越粗大。
在电子显微镜下观察高碳马氏体时，可以发现其精细组织为孪晶亚结构（孪晶线的间距约为5nm），故高碳马氏体也称孪晶马氏体。
用X⁃射线观察高碳马氏体时，可以看到它是体心正方晶格，且随着含碳量的增加，使其正方度增大，即导致更大程度的晶格畸变。
由于高碳马氏体组织结构的上述特点，使其具有很高的硬度、强度和极大的脆性。另外，由于固溶了较多的碳原子，从而削弱了铁原子间的结合力，使其破断强度大大降低，也致使其极易脆断。
需要指出，形成高碳的片状马氏体时，可能因强大的组织应力使钢中产生数量不等的显微裂纹。研究发现，钢中含碳量越增加，其Ms点温度越低，孪晶倾向越大，则形成显微裂纹的敏感性越强。不过，当钢的含碳量（质量分数）增加到1.4%以上时，形成显微裂纹的倾向反而减弱，这可能与马氏体片变得较厚且夹角较小使片的相互撞击的机会减少、应力降低等原因有关。相反，如果奥氏体晶粒粗大，急冷后使得马氏体片长度增加，则片的相互撞击机会越多。因此，粗大奥氏体晶粒淬火后易出现显微裂纹。
2）低碳马氏体，即含碳量0.6%（质量分数）以下钢的淬火组织。低碳马氏体在金相显微镜下的组织形态主要呈现板条状结构，故也称为“板条马氏体”。其特征是以尺寸大致相同的板条为单元，组成定向平行排列的马氏体束（群）。在一个奥氏体晶粒内可以有几个不同取相的马氏体束（群）。
在电子显微镜下，观察低碳马氏体可以看到，其精细组织主要是密度极高的位错亚结构，故也称“位错马氏体”。由于低碳马氏体形成温度较高，则部分马氏体会在形成后立即发生自回火作用，即碳原子以碳化物形式自马氏体中按某一方向析出。因此，目前一般认为低碳马氏体是体心立方晶格。低碳马氏体具有良好的综合力学性能，即强度、韧性和塑性兼优。研究认为，低碳马氏体强化效应，主要靠固溶强化和高密度位错的存在而引起的。
由于固溶的碳量较少，则铁原子之间结合力被削弱的程度小，晶格畸变的程度也小。因此，低碳马氏体具有较好的韧性和破断抗力，而且因其不存在高应力的孪晶亚结构，所以不易产生显微裂纹。
应当指出，实际上只有含碳量低于0.2%（质量分数）的钢淬火后，才能获得完全的板条马氏体；含碳量高于1.0%（质量分数）的钢淬火后，才能获得完全的片状马氏体；含碳量为0.2%～1.0%（质量分数）的是两种马氏体的混合形态，只不过随着含碳量增加，片状马氏体数量不断增多而已。而且，具体数量还与工艺因素（如加热温度等）有关。
（2）残留奥氏体 残留奥氏体即高温奥氏体经急速冷却到室温后仍被保留下来的亚稳定组织。试验研究证明，钢淬火后残留奥氏体的数量和稳定化程度，主要取决于钢的化学成分及热处理条件。其中，随钢中含碳量增加，淬火后的残留奥氏体数量也相应增加。另外，合金钢中的残留奥氏体数量远比碳素钢多，特别是合金元素Mn、Cr、Ni等是强烈增加残留奥氏体数量的元素，其次是Cu和V。只有Al和Co是降低残留奥氏体数量的元素。同时，影响残留奥氏体数量的任何元素均随其含碳量增加而越趋显著。
淬火冷却条件是影响残留奥氏体数量的另一方面。试验研究和实践均证明，高碳钢和高碳合金钢高温奥氏体加热后，在中温区域的等温停留，会使残留奥氏体数量增多。对高合金钢残留奥氏体促变过程的研究表明，促变过程取决于引起奥氏体稳定化的原因，即引起奥氏体稳定化的原因不同时，促变过程也不同。(www.xing528.com)
残留奥氏体稳定化和逆向促变现象是其失掉转变能力和重新恢复转变能力的主要特征。这两种现象具有重要的实际意义。研究表明，残留奥氏体稳定化不仅是影响工、模、量、夹具使用性能和使用寿命的重要因素，而且直接影响热处理的工艺性。
实践证明，工、模、量、夹具中保留过多的残留奥氏体是有害的。它不仅导致硬度、强度降低，使其耐磨性变差，而且这种亚稳定组织在工、模、量具使用过程发生分解，从而不仅致使工、模、量具尺寸精度和形位精度变差，而且增加其脆性。但是，另一些研究发现，对于在冲击条件下工作的工、模具，一定数量分布均匀的残留奥氏体对工、模具性能和使用寿命有利而无害。
此外，残留奥氏体作为热处理过程的中间产物，可以利用其良好的塑性进行淬火变形的校正操作，然后再通过热处理促变反应将其转变为马氏体，满足其使用性能要求。
（3）贝氏体 贝氏体即高温奥氏体在中温（稍低于托氏体转变温度至稍高于Ms点温度）区域的转变产物——介于珠光体与马氏体之间的一种组织。按形成的温度不同，贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体在稍低于托氏体转变温度下形成，下贝氏体在稍高于Ms点温度形成，但两者没有明显的温度分界线。
贝氏体转变是扩散型转变，即贝氏体也是铁素体与碳化物的混合物。其中，碳化物的结构和分布随形成温度而不同。因此，上、下贝氏体的显微组织形态有明显区别。
1）典型的上贝氏体呈“羽毛状”——其碳化物为渗碳体，呈不连续的、微细的杆状分布在平行的铁素体内。由于上贝氏体中碳化物的弥散度相当大，且分布比较均匀，所以硬度比托氏体高，其综合力学性能（特别是冲击韧度）不如托氏体，而硬度又不如下贝氏体。因此，上贝氏体在工程上很少得到应用。
2）典型的下贝氏体呈“针状”——碳化物平行地以极细小的薄片析出在针状铁素体内。在电子显微镜下观察，可以看出马氏体中的碳化物常有几个取向，且不如下贝氏体中的碳化物分布得均匀。另外，由于下贝氏体中无孪晶，所以无显微裂纹，韧性优于回火马氏体。因此，下贝氏体是一种强韧兼优的组织结构，在生产中得到了广泛应用。
2.钢中的回火组织
钢在不同温度下回火后，可获得组织特征不同的回火马氏体（350℃以下的回火产物）、回火托氏体（350～500℃的回火产物）及回火索氏体（500～600℃的回火产物）。
（1）回火马氏体 钢淬火后随加热温度从室温升高到200℃过程中，由淬火马氏体中析出FexC型碳化物，使其马氏体中的碳过饱和度降低、正方度减小、内应力降低、脆性减弱，即成为回火马氏体。
当温度处于200～300℃，残留奥氏体发生分解转变为回火马氏体。在温度处于300～350℃，回火马氏体开始逐渐分解出细小的渗碳体（Fe3C）。使内应力进一步降低，强度和韧性明显提高。
（2）回火托氏体 淬火钢在350～500℃区间回火时，固溶体中的含碳量在0.04%（质量分数）以下，即几乎达到平衡状态，歪扭的晶格得到恢复。同时，低温回火时析出的FexC型碳化物转变成渗碳体（Fe3C），并已有聚集倾向。此时两者失去共格性后即变成高度弥散的珠光体类型组织——回火托氏体。回火托氏体具有较高的弹性、韧性和断面收缩率。
（3）回火索氏体 淬火钢于500～600℃区间回火时，钢中析出的碳化物微粒聚集得更大，组织特征居珠光体与托氏体之间。
回火索氏体的硬度进一步降低，塑性和韧性相应提高，即回火索氏体具有最好的综合力学性能。
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