钢铁热处理前后密度体积改变的测量(3)
当钢的含碳量少于0.8%时（叫亚共析钢），混合物会从γ-铁相冷却下来，尝试回到铁素体相，并因此会有多余的碳。其中一种能让碳脱离γ-铁的方法是，等渗碳体因沉淀离开混合物，这样剩下的铁纯度若足够地高，就能形成铁素体，得出渗碳体－铁素体混合物。渗碳体是一种既硬且脆的金属互化物，化学式为Fe3C。在类共熔体0.8%碳中，冷却的结构会形成珠光体，名称来自于与珍珠母类似的光泽。当钢的含碳量超过0.8%，冷却的结构则会形成珠光体和铁素体。
也许最重要的同质多形体是马氏体，因为它是一种介稳相，所以比其他钢相的强度要高很多。当钢处于γ-铁相时，再受到淬火后会形成马氏体，这是因为当晶格架构从面心立方转成体心立方时，原子需要被“冻结”在原位的缘故。视乎γ-铁相的碳含量，会形成不同的结构。当含碳量低于0.2%时，会形成体心立方结构的α-铁素体，而当含碳量较高时则会形成体心四方结构。从γ-铁到马氏体的变换，并不需要活化能。而且没有成份改变，因此原子一般保留变换前的邻居。
马氏体的密度比γ-铁低，因此两者在互相变换时体积也会改变。所以在γ-铁转成马氏体时，会发生膨胀。这种膨胀所做成的内部应力，一般会对马氏体的晶体进行压缩，同时对余下的铁素体施行张力，并且还有相当量的剪应力作用于这两种成份上。如果淬火做得不完全的话，内部应力可能把会在冷却时导致断裂。在最低限度上，还会导致内部加工硬化及其他微观上的瑕疵。用水作冷却处理时，很多时候会形成断裂，尽管裂痕不一定可见[4-5]。