要讓碳從固溶體中析出，必須給予足夠的時間，各種組織結(jié)構(gòu)均必須在冷卻速度很慢的情況下才能獲得。在冷卻速度很慢的條件下得到的各種組織稱為“平衡組織”。正由于冷卻速度緩慢，在平衡組織中生成的往往是粗片狀的珠光體。在冷卻速度較快的條件下，生成的珠光體也就比較細(xì)密，這跟在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中，冷卻速度愈快晶粒愈細(xì)的道理一樣，冷卻速度愈快，生成的珠光體就愈細(xì)密。細(xì)密的珠光體組織其綜合力學(xué)性能要比粗片狀珠光體得到更大的改善。

如果過冷度很大，使奧氏體以極快的速度冷卻下來，碳就可能來不及從奧氏體中析出，這樣，雖然奧氏體已迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，但碳仍然溶于鐵素體內(nèi)，形成了一種過飽和的固溶體，它在顯微鏡下呈針狀組織，稱為馬氏體。在馬氏體中，過量的碳原子充塞在a-Fe晶格的間隙中，引起品格的脹大和嚴(yán)重畸變，故其硬度極高，可達(dá)66HRC，而且極脆，塑性與韌性接近于零。

由于馬氏體處于過飽和狀態(tài)，很不穩(wěn)定，只要稍微受熱升溫。原子獲得一定的擴(kuò)散能力，碳又化合成碳化鐵而析出。這時析出的碳化鐵往往呈點(diǎn)狀或微粒狀，所加的溫度愈高，生成的碳化鐵粒度就愈大，馬氏體的硬、脆特征也隨之逐步消失。此時，其組織結(jié)構(gòu)雖類似于珠光體，但由于碳化鐵成細(xì)粒或球狀，以及組織細(xì)密，故其力學(xué)性能更為優(yōu)越。