Pojam “martenzit” obično se odnosi na oblik čelika s karakterističnom atomskom strukturom stvorenom kroz proces koji se naziva martenzitna transformacija. Martenzit je vrlo tvrd, što znači da se neće lako udubiti ili ogrebati; to ga čini popularnim izborom za alate, kao što su čekići i dlijeta, kao i mačevi. Međutim, krhka je, pa će se prije slomiti nego saviti kada je izložena prevelikom pritisku. Martenzit se proizvodi od austenita, čvrste otopine željeza s malom količinom ugljika.
Fazne promjene
Austenit ima posebnu kristalnu strukturu poznatu kao kubna s licem (FCC). To znači da svaka kubična jedinica ima točku rešetke u središtu svake strane kao i na svakom kutu; sa spojenim točkama rešetke, kristal bi izgledao kao kvadratna kutija s X na svakoj strani. Ova vrsta čelika počinje se formirati na temperaturama od oko 1,350°F (732°C). Austenit može zadržati više ugljika od drugih oblika željeza. Ako se pusti da se prirodno ohladi, austenit se pretvara u ferit (alfa željezo ili čisto željezo) i cementit (željezni karbid).
Martenzitna transformacija događa se kada se austenit brzo ohladi u procesu poznatom kao gašenje. Brzi pad temperature zarobljava atome ugljika unutar kristalnih struktura atoma željeza. To uzrokuje promjenu kristala iz FCC u tetragonalno usmjereno na tijelo (BCT); kristali su rastegnuti tako da su kvadratni na svakom kraju, ali duži sa strana (kao kutija za cipele), a točke rešetke koje su bile u središtu svake strane sada su spojene zajedno u jednoj točki u središtu kristala. Ova nova struktura je ono što uvelike povećava tvrdoću čelika.
Kaljenje
Rezultirajući martenzitni čelik je izuzetno tvrd, što znači da se neće ogrebati, ali vrlo krhak, pa će se slomiti pod opterećenjem. Kako bi se riješila ova slabost, martenzit se zagrijava u procesu zvanom kaljenje, što uzrokuje da se martenzit djelomično transformira u ferit i cementit. Ovaj kaljeni čelik nije baš tako tvrd, ali postaje tvrđi (manje je vjerojatno da će se slomiti) i savitljiviji, te je stoga prikladniji za industrijsku upotrebu.
Koristi
Tvrdoća kaljenog martenzita čini ga dobrim materijalom za alatne čelike, budući da je otpornost na abraziju i deformaciju važna u takvim primjenama. Uobičajena je komponenta u dijelovima strojeva i kalupima za kovanje. Kaljeni čelici koji sadrže silicij često se koriste za opružni čelik, koji se može koristiti za izradu opruga, žica za glazbene instrumente i komponenti na modelima vlakova i drugih igračaka. Opružni čelik se može uvijati ili savijati bez trajne deformacije, što ga čini dobrim izborom za komponente koje zahtijevaju da se čelik više puta pomiče bez degradacije.
Nehrđajući čelik, koji sadrži krom, kao i željezo i ugljik, također se može izraditi s martenističkom kristalnom strukturom. Ovaj oblik je manje otporan na koroziju od drugih oblika nehrđajućeg čelika, ali je također jači i lakše se obrađuje u većini slučajeva. Jedna metoda izrade, nazvana precipitacijsko stvrdnjavanje (ili stvrdnjavanje u dobi), dodaje nečistoće poput kroma i nikla tijekom procesa produžene toplinske obrade; precipitacijski kaljeni martenzitni nehrđajući čelik ima još veću čvrstoću uz visoku otpornost na koroziju. Takav se čelik često koristi u vojnim i zrakoplovnim aplikacijama.
Displacitivna transformacija
Martenzitna transformacija je najpoznatiji primjer transformacije pomaka, vrste promjene faze u kojoj se atomi materijala pomiču na kratke udaljenosti unisono umjesto da se pojedinačno difundiraju na veće udaljenosti. Promjena faze događa se kada tvar prelazi iz jednog stanja, poput krutine, u drugo, poput tekućine. Budući da su oni tako dobro poznati kao vrsta pomaknute transformacije, termini “martenzit” ili “martenzit” ponekad se koriste u širem smislu za opisivanje bilo kojeg materijala proizvedenog pomaknom transformacijom.