Природа мартенсита заключается в том, что это пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в α-Fe. Давайте разберемся, почему это так и как формируется мартенсит.

Мартенсит образуется в процессе закалки стали, когда аустенит (γ-Fe) быстро охлаждается. При быстром охлаждении атомы углерода не успевают диффундировать и занять более стабильные положения в кристаллической решетке. Это приводит к образованию мартенсита, который имеет уникальную кристаллическую структуру.

1. Быстрое охлаждение: При закалке сталь охлаждается очень быстро, обычно в воде или масле. Это позволяет избежать образования феррита и цементита, которые формируются при медленном охлаждении.
2. Внедрение углерода: В процессе охлаждения атомы углерода остаются в решетке α-Fe, но не занимают позиции замещения, а внедряются в междоузлия. Это приводит к созданию напряжений в решетке.
3. Пересыщенный раствор: Концентрация углерода в мартенсите выше, чем в равновесных состояниях, что делает его пересыщенным твердым раствором.
4. Кристаллическая структура: Мартенсит имеет тетрагональную кристаллическую структуру, которая отличается от кубической структуры аустенита. Эта структура возникает из-за внедрения углерода, который деформирует решетку.

Таким образом, мартенсит является пересыщенным твердым раствором внедрения углерода в α-Fe, что делает его твердым и хрупким материалом. Это свойство мартенсита используется для получения высокой прочности стали после термической обработки.