自然界存在的固態(tài)物質(zhì)可分為晶體與非晶體兩大類。晶體是經(jīng)過結(jié)晶過程而形成的具有規(guī)則的幾何外形的固體；晶體中原子或分子在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)的排列。與晶體對(duì)應(yīng)的，原子或分子無規(guī)則排列，無周期性無對(duì)稱性的固體叫非晶體。玻璃是著名的非晶體。

固態(tài)的金屬與合金大都是晶體。金屬及合金的晶體結(jié)構(gòu)是決定其物理、化學(xué)和力學(xué)性能的基本因素之一。

鋼鐵是一類以鐵碳為基本元素的合金體系。在Fe-C體系中，當(dāng)碳含量小于0.02%叫純鐵，大于2.0%叫生鐵，介于中間的稱為鋼。

純鐵亦稱為熟鐵，有 α、β、γ和δ四種晶體結(jié)構(gòu)，其中α、β、δ為立方體心結(jié)構(gòu)，γ為立方面心結(jié)構(gòu)。

純單質(zhì)鐵在1538℃結(jié)晶后形成立方體心結(jié)構(gòu)，稱為δ鐵；當(dāng)冷卻到1394℃時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎矫嫘慕Y(jié)構(gòu)，稱為γ鐵；繼續(xù)冷卻至912℃時(shí)，又變成了立方體心結(jié)構(gòu)，稱α鐵。

鋼鐵有四種主要物相：奧氏體、鐵素體、滲碳體與馬氏體。

a 奧氏體 Austenite 

奧氏體是碳在γ-Fe中的間隙化合物，F(xiàn)e原子與C原子數(shù)目比為27：1，即6~7個(gè)立方面心晶胞中才含1個(gè)C原子。γ-Fe中的溶碳量，1148℃時(shí)為2.11%，727℃時(shí)為0.77%。

奧氏體的特點(diǎn)：強(qiáng)度和硬度比鐵素體高，塑性和韌性較好。其晶粒呈多邊形，晶界較鐵素體平直。

b 鐵素體 Ferrite 

鐵素體是碳在α-Fe中的固溶體，含碳量接近純鐵，約0.02%。

鐵素體的特點(diǎn)：其性能與純鐵相似，即強(qiáng)度和硬度很低，塑性、韌性好。顯微組織是明亮的多邊形晶粒。

c 滲碳體 Cementite 

滲碳體是鐵與碳以3：1組成形成的化合物Fe3C，屬正交晶系，每個(gè)晶胞中含12個(gè)Fe原子和4個(gè)C原子，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。

滲碳體的特點(diǎn)：硬度很高，塑性和韌性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。

d 馬氏體 Martensite 

奧氏體鋼驟冷至150°C以下，變?yōu)橘|(zhì)地很硬的馬氏體。馬氏體可看作α-Fe中含C達(dá)1.6%的過飽和固溶體，為四方晶系。馬氏體分為高碳馬氏體（板條狀馬氏體和低碳馬氏體（片狀馬氏體。

馬氏體的特點(diǎn)：硬而脆，韌性很差，內(nèi)應(yīng)力較大，容易產(chǎn)生裂紋。

四種物相的穩(wěn)定性有所不同。室溫下鐵素體和滲碳體是穩(wěn)定的晶型，奧氏體在高溫時(shí)穩(wěn)定，碳鋼淬火主要獲得馬氏體，馬氏體是不穩(wěn)定晶型。在鋼中滲入Mn、Ni、Cr等不同成分，可制成不同用途的合金鋼。

非研究人員主要在不銹鋼流通領(lǐng)域較為經(jīng)常接觸到奧氏體、鐵素體和馬氏體，滲碳體則較少接觸。不銹鋼是在基本物相中添加合金成分而獲得特殊性能的典型合金。