将奥氏体自a1线以上的温度，迅速冷至低于ms点的温度，而不使其在冷却过程中与c曲线相遇，则发生马氏体型转变。这一转变是非扩散型的，因为在这样低的温度下，铁原子与碳原子均不能发生扩散移动，转变只能通过另一种方式，即沿一定的晶面通过切变(原子间相对移动)过程来实现。转变前后母相与新相的成分基本相同，即不产生成分上的变化。马氏体形态根据奥氏体的含碳量不同，可以是板条状或透镜(针叶)状，而观察其截面一般呈条状或针叶状。
马氏体开始形成的温度，称为ms点。以高碳奥氏体的转变为例，当冷至该温度时，便有第一批马氏体针叶在奥氏体中形成。由于马氏针叶的生长速度极大，所以转变立即停止。必须再继续降低温度，才能有新的马氏体针叶形成，直至马氏体转变终了温度mf点，转变才告结束。然而，此时转变并没有全部完成，而仍保留一部分奥氏体，称为残余奥氏体。因此，钢的淬火组织，一般是马氏体+残余奥氏体的
两相混合组织。
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