マルテンサイト
鉄-炭素合金(Fe-C系合金)の結晶は、高温ではオーステナイト(面心立方格子構造)が、常温ではフェライト相(体心立方格子構造)が安定している。このため、高温のオーステナイトを冷却するとフェライトに変態しようとする。フェライトはオーステナイトと比べ少量の炭素しか固溶できないため、変態する際には結晶中から炭素を移動させなければならず、移動のための拡散が伴わなければならない(拡散変態)。
鉄-炭素合金をゆっくり冷却すると、炭素はフェライト組織から追い出されてセメンタイト(鉄炭化物)を生じ、パーライト(フェライトとセメンタイトの層状組織)が形成される。しかし、拡散が十分に起きない速さで急冷すると、炭素が体心立方格子の一軸を引き伸ばし、そこへ炭素が侵入した準安定状態の結晶構造となる(無拡散変態)。このようにして形成される組織をマルテンサイトと言う。
また、常温でオーステナイトの状態の鉄に応力を加えることによりマルテンサイトを生じることもある。これを応力誘起マルテンサイトとよぶ。マルテンサイト系の形状記憶合金は、このマルテンサイト変態を利用したものである。ステンレス鋼のSUS301(17-7ステンレス鋼;室温でオーステナイト組織を有する)は冷間加工に対して不安定なため、室温下でプレス加工、切削加工、鍛造などを行うとマルテンサイトに変態する。これを加工誘起マルテンサイト変態という。