奧氏體，也稱為伽馬相鐵 (γ-Fe)，是鐵的金屬非磁性同素異形體或鐵與合金元素的固溶體。 在普通碳鋼中，奧氏體存在于 1000 K（727°C）的臨界共析溫度以上； 其他合金鋼具有不同的共析溫度。

從 912 到 1,394 °C（1,674 到 2,541 °F），α 鐵經歷從體心立方 (BCC) 到伽馬鐵（也稱為奧氏體）的面心立方 (FCC) 配置的相變。 它同樣柔軟且具有延展性，但可以溶解更多的碳（在 1,146 °C (2,095 °F) 時高達 2.03% 的質量）。 這種伽馬形式的鐵存在于最常用的不銹鋼類型中，用于制造醫院和食品服務設備。

奧氏體化是指將鐵、鐵基金屬或鋼加熱到一定溫度，使晶體結構從鐵素體轉變為奧氏體。 更開放的奧氏體結構能夠從碳鋼中的碳化鐵中吸收碳。 不完全的初始奧氏體化會在基體中留下未溶解的碳化物。

對于某些鐵金屬、鐵基金屬和鋼，在奧氏體化步驟中可能會出現碳化物。 通常用于此的術語是兩相奧氏體化。

等溫淬火是一種硬化工藝，用于鐵基金屬以提高機械性能。 金屬被加熱到鐵-滲碳體相圖的奧氏體區域，然后在溫度介于 300–375°C（572–707°F）之間的鹽浴或其他熱提取介質中淬火。 金屬在此溫度范圍內退火，直到奧氏體轉變為貝氏體或奧氏體（貝氏體鐵素體+高碳奧氏體）。

通過改變奧氏體化溫度，奧氏體化過程可以產生不同的和所需的微觀結構。 較高的奧氏體化溫度可以在奧氏體中產生較高的碳含量，而較低的溫度會產生更均勻分布的奧氏體組織。 奧氏體中的碳含量作為等溫淬火時間的函數已經確定。

隨著奧氏體冷卻，碳從奧氏體中擴散出來，形成富含碳的碳化鐵（滲碳體）并留下貧碳鐵素體。 根據合金成分，可能會形成一層鐵素體和滲碳體，稱為珠光體。 如果冷卻速度非常快，碳沒有足夠的時間擴散，合金可能會經歷稱為馬氏體轉變的大晶格畸變，在這種轉變中它轉變為馬氏體，即體心四方結構 (BCT)。 冷卻速率決定了馬氏體、鐵素體和滲碳體的相對比例，因此決定了所得鋼的機械性能，例如硬度和抗拉強度。

厚截面的高冷卻速率會導致材料中出現陡峭的熱梯度。 熱處理零件的外層會冷卻得更快，收縮得更多，導致它處于張力和熱染色狀態。 在高冷卻速率下，材料會從奧氏體轉變為更硬的馬氏體，并且會在更低的應變下產生裂紋。 體積變化（馬氏體的密度低于奧氏體）也會產生應力。 零件內部和外部的應變率差異可能會導致外部出現裂紋，因此必須使用較慢的淬火速率來避免這種情況。 通過用鎢合金化鋼，碳擴散減慢，并且在較低溫度下發生向 BCT 同素異形體的轉變，從而避免開裂。 據說這種材料的淬透性增加了。 淬火后的回火會將一些脆性馬氏體轉變為回火馬氏體。 如果對低淬透性鋼進行淬火，顯微組織中將保留大量奧氏體，使鋼具有內應力，使產品容易突然斷裂。

將白口鑄鐵加熱到 727°C (1,341°F) 以上會導致在初生滲碳體晶體中形成奧氏體。 這種白口鐵的奧氏體化發生在與鐵素體相界面處的初生滲碳體中。 當奧氏體晶粒在滲碳體中形成時，它們以沿滲碳體晶層表面取向的層狀簇出現。 奧氏體是由碳原子從滲碳體擴散到鐵素體中形成的。