Мартенсит является продуктом бездиффузионной реакции, которая может протекать как в твердых растворах замещения так и в растворах внедрения. В железоуглеродистых сплавах мартенсит образуется в результате реакции γFe(C) → αFe(C), связанной с перестройкой решетки ГЦК в ОЦТ без изменения концентрации углерода в твердом растворе. До превращения атомы углерода в ГЦК решетке аустенита распределены статистически равномерно по октаэдрическим пустотам, которые находятся в центре элементарной ячейки, а также в середине ребер куба с направлениями /100/, /010/ и /001/. Сохраняя свое положение в пространстве в процессе превращения атомы углерода после перестройки решетки γ → α оказываются расположенными преимущественно в октаэдрических пустотах ОЦТ решетки, находящихся вдоль ребер одного направления /001/. В результате этого степень тетрагональности ОЦТ решетки мартенсита с/а увеличивается пропорционально концентрации в нем углерода, рис.1.
Такое состояние α – твердого раствора характеризуется повышенной энергией упругой деформации, благодаря чему в мартенсите идет процесс перераспределения атомов углерода за счет перемещений их в пределах элементарной ячейки. Это приводит к образованию кристаллической структуры, отвечающей минимуму свободной энергии Гиббса. Сохранение тетрагональности при комнатной температуре указывает на то, что атомы углерода, благодаря деформационному взаимодействию между собой, проявляют тенденцию к упорядоченному их расположению в решетке α железа. При этом часть атомов углерода может занимать тетраэдрические полости.
Следует отметить, что тетрагональность мартенсита (с/а˃1) наблюдается только в случае, когда концентрация углерода в мартенсите превышает ≈ о.3%. При меньшем содержании углерода мартенсит имеет ОЦК решетку. Это объясняется тем, что при ≤о.3% С почти весь углерод в виде атмосфер Коттрела концентрируется на дислокациях, плотность которых в мартенсите достигает ≈ 1012см-2, и содержание его в твердом растворе оказывается недостаточным для того чтобы вызвать заметное искажение α-решетки.
