M. (benannt nach Adolf Martens) ist das Härtungsgefüge, dass beim Härten geeigneter Stähle entsteht. Martensit entsteht durch ein schnelles Abschrecken des Stahls von der Härtetemperatur. Die im Austenitgitter gelösten C-Atome können ihre Gitterplätze aufgrund der kurzen Zeitspanne der Umwandlung nicht mehr verlassen; der Austenit klappt diffusionslos in den Martensit um. Die eingeschlossenen C-Atome verspannen das Gitter („tetragonal verzerrtes kubisches Gitter“), was die Härtesteigerung ergibt. Bis zu einem C-Gehalt von ca. 0,6% steigt die Martensithärte mit dem C-Gehalt. Bei höheren C-Gehalten sinkt die Härte wieder aufgrund steigender Restaustenitgehalte. Um dieses Potenzial zu einer weiteren Härtesteigerung zu nutzen, müssen die entsprechenden Stähle nach dem Abschrecken tiefgekühlt werden. Die zur Martensitbildung notwendige kritische Abkühlungsgeschwindigkeit kann man dem ZTU-Schaubild des jeweiligen Stahls entnehmen. Martensit ist hart, hochfest aber auch sehr spröde. Daher ist ein umgehendes Anlassen des Martensits erforderlich, um etwaige Risse zu vermeiden.
Je nach C-Gehalt und Abschreckintensität ergibt sich ein nadelförmiges Gefüge aus Massivmartensit oder aus Plattenmartensit.

s. Anlassen
s. Austenit
s. Härten
s. Kritische Abkühlungsgeschwindigkeit
s. Restaustenit
s. Tiefkühlen
s. ZTU-Schaubild