При охлаждении аустенита со скоростью большей критической происходит перестройка решетки без выделения углерода, т.е. превращение Feg(С) ® Fea(С) носит бездиффузионный характер.
Мартенсит - пересыщенный твердый раствор углерода в альфа железе (с концентрацией углерода как у исходного аустенита). Кристаллическая решетка мартенсита имеет тетрагональное строение. Тетрагональность решетки прямо пропорционально содержанию углерода. Кристаллы мартенсита представляют собой пластины, имеющие в структуре вид игл. Иглы мартенсита ориентированы по кристаллографическим плоскостям и направлением в аустените. Сдвиговый характер превращения обуславливает появление рельефа на поверхности. Мартенситное превращение обнаружено у всех металлов, имеющих аллотропическое превращение (Si, Zn, Co, Na, Fe, Zi, Cu - Zn) Мартенситное превращение в стали имеет ряд отличительных особенностей - необратимость превращений, очень большую скорость роста кристаллов, превращение не идет до конца. Превращение развивается за счет образования новых игл, а не их роста.
Мартенситное превращение происходит в интервале температур. Согласно кривой при охлаждении превращение начинается в точке М (начало превращения). По мере снижения температуры количество мартенсита увеличивается до Мк (окончание превращения). При этой температуре остается незначительное количество остаточного аустенита.
Увеличение содержания углерода снижает интервал мартенситного превращения. Количество остаточного аустенита в стали, фиксируемое закалкой зависит от положения мартенситной точки. Чем ниже мартенситная точка, тем больше остаточного аустенита. Углерод увеличивает количество остаточного аустенита.