奥氏体冷却至
临界温度以下，在
热力学上处于不稳定状态，冷却时要发生分解转变。这种在临界
转变温度以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体称为过冷奥氏体。
冷却过程是钢的热处理的
关键工序，它决定钢在冷却后的组织和性能。钢在
奥氏体化后通常有两种
冷却方式：连续冷却方式和等温冷却方式。连续冷却方式是指钢在高温奥氏体状态一直连续冷却到室温。等温冷却方式是指将钢从奥氏体状态迅速冷却到临界温度以下的某一温度，使其发生恒温转变，然后再冷却下来。
奥氏体在临界转变温度以上是稳定的，不会发生转变。
过冷奥氏体的分解是一个点阵重构和碳扩散的过程。缓慢冷却或过冷奥氏体分解的
过冷度很小时，可得到近于平衡的
珠光体组织。
冷却速度较快或过冷度较大时，
碳原子尚可扩散，铁原子不能扩散，可得到
贝氏体组织。更
快速冷却时或奥氏体迅速过冷到不能扩散分解时，得到
马氏体组织。