Когда говорят «Закалка и отпуск», то в первую очередь имеются в виду операции термической обработки стали.

Интерес и сложность вопроса заключаются в том, что на стабильной диаграмме состояния железо-углерод нет места для закаленного состояния. Там не нарисована область существования мартенсита. Это понятно, если вспомнить, что любая диаграмма состояния, данная в литературе, создана для случая медленного охлаждения.
Для цветных сплавов  место для закаленного состояния есть (или может быть) на диаграмме состояния. Если взять, например, сплавы алюминия, то в них после закалки имеется твердый раствор, почти тот, который и есть на диаграмме состояния в зоне твердого раствора. В этом случае говорят, что «твердый раствор зафиксирован закалкой». Например, на рис.1а приведен фрагмент диаграммы состояния алюминий-медь. В области, обозначенной α_Al, существует твердый раствор меди в алюминии. Если сплав нагреть до температуры существования этого твердого раствора, а потом закалить, то структура сплава будет именно твердым раствором. В структуре будут видны зерна однофазного сплава (рис.1,б). Различный цвет зерна имеют потому, что они по-разному ориентированы в пространстве.

а	б

Рисунок 1. Фрагмент диаграммы состояния алюминий-медь (а) и структура сплава Al-5%Cu (б).

Но закаленное состояние стали представляет собой фазу, принципиально отличную от твердого раствора (аустенита или феррита). И отличие заключается, прежде всего, в структуре, видимой в микроскоп. (Не говоря уже о различиях на уровне кристаллической решетки)
Закалке на данном сайте посвящена уже не одна статья. Есть статья о мартенсите; есть разъяснение терминов «каленый» и «закаленный».
Здесь мы рассмотрим структуры, которые получаются после закалки или же просто ускоренного охлаждения (потому что не всякое ускоренное охлаждение есть закалка).
Закалка – это операция термической обработки, которая заключается в нагреве стали до определенной температуры (выше критической), выдержке и охлаждении со скоростью выше критической.
Одна и та же сталь 45 имеет различную структуру после нормализации и после закалки в воде. После нормализации структура стали – феррит и перлит (рис.2а), после закалки – мартенсит (рис.2б).

а

Рисунок 2. Структура стали 45: нормализация (а), закалка (б).

(Этот материал будет продолжен)