要让碳从固溶体中析出，必须给予足够的时间，各种组织结构均必须在冷却速度很慢的情况下才能获得。在冷却速度很慢的条件下得到的各种组织称为“平衡组织”。正由于冷却速度缓慢，在平衡组织中生成的往往是粗片状的珠光体。在冷却速度较快的条件下，生成的珠光体也就比较细密，这跟在同素异构转变过程中，冷却速度愈快晶粒愈细的道理一样，冷却速度愈快，生成的珠光体就愈细密。细密的珠光体组织其综合力学性能要比粗片状珠光体得到更大的改善。
如果过冷度很大，使奥氏体以极快的速度冷却下来，碳就可能来不及从奥氏体中析出，这样，虽然奥氏体已迅速转变为铁素体，但碳仍然溶于铁素体内，形成了一种过饱和的固溶体，它在显微镜下呈针状组织，称为马氏体。在马氏体中，过量的碳原子充塞在a-Fe晶格的间隙中，引起品格的胀大和严重畸变，故其硬度极高，可达66HRC，而且极脆，塑性与韧性接近于零。
由于马氏体处于过饱和状态，很不稳定，只要稍微受热升温。原子获得一定的扩散能力，碳又化合成碳化铁而析出。这时析出的碳化铁往往呈点状或微粒状，所加的温度愈高，生成的碳化铁粒度就愈大，马氏体的硬、脆特征也随之逐步消失。此时，其组织结构虽类似于珠光体，但由于碳化铁成细粒或球状，以及组织细密，故其力学性能更为优越。
