Если сталь, нагретую выше Ас₃ или Ас_m переохладить до температур ниже А₁, то аустенит оказывается в метастабильном (неустойчивом) состоянии и претерпевает превращения.

Для описания кинетики превращения переохлажденного аустенита пользуются диаграммой изотермического превращения аустенита, построенной экспериментально для каждой марки стали (рисунок 33).

Для изучения изотермического превращения аустенита образцы стали нагревают до температур, соответствующих существованию стабильного аустенита (выше Ас₃), а затем быстро охлаждают до температур ниже Аr₁, например, до 700, 600…300 ⁰С и т.д., и выдерживают при этой температуре до полного распада аустенита (фиксируется время начала и конца распада). Время, в течение которого распад аустенита экспериментально не фиксируется, называется инкубационным.

По истечении этого периода аустенит начинает распадаться с образованием более стабильных структур. Область, лежащая левее кривой начала распада аустенита, определяет продолжительность инкубационного периода. В этой области существует переохлажденный аустенит, практически не претерпевающий заметного распада.

При переохлаждении аустенита ниже температуры начала мартенситного превращения (Мн) начинается бездиффузионное превращение аустенита в структуру закаленной стали — мартенсит. При температуре конца мартенситного превращения (Мк) заканчивается превращение аустенита в мартенсит.

В зависимости от степени переохлажденного аустенита различают три температурные области превращения : перлитную, промежуточного превращения и мартенситную.

Значение этих превращений важно для решения многих практических задач. Перлитное превращение протекает в процессе отжига стали, а мартенситное — при закалке стали.