Martensit ist ein metastabiles, extrem hartes und sprödes Gefüge, das sich beim schnellen Abkühlen (Abschrecken) von Stahl aus dem Austenit heraus bildet, wobei Kohlenstoff zwangsweise im Kristallgitter eingeschlossen bleibt und dieses tetragonal verzerrt. Die erreichbare Härte hängt vor allem vom Kohlenstoffgehalt ab, von rund 45 HRC bei 0,2 % C bis 65 bis 67 HRC bei 0,8 % C.[1]
Bildung und Eigenschaften von Martensit
Martensit entsteht durch eine diffusionslose Umwandlung, wenn Stahl nach einem Erhitzen bis in den Austenit-Bereich sehr schnell abgekühlt wird. Diese rasche Abschreckung verhindert, dass Kohlenstoffatome ausreichend Zeit haben, um aus dem Austenitgitter zu diffundieren. Stattdessen wird Kohlenstoff zwangsweise im kubisch-raumzentrierten Kristallgitter eingeschlossen, wodurch eine tetragonale Verzerrung entsteht. Diese verzerrte Gitterstruktur verleiht Martensit seine außergewöhnliche Härte und Sprödigkeit, die es für bestimmte industrielle Anwendungen ideal macht.
Bedeutung von Martensit für die Mechano-technologischen Eigenschaften von Stählen
Dank seiner extrem hohen Härte und Verschleißfestigkeit wird Martensit typischerweise in Anwendungen verwendet, bei denen Härte und Stabilität wichtig sind. Dazu zählen Schneidwerkzeuge, Messer, Industrieanlagen, Verschleißschutzteile und andere hochbeanspruchte metallische Bauteile. Ein Nachteil des Martensitgefüges ist jedoch seine charakteristische Versprödung. Daher wird Martensit häufig einer anschließenden Wärmebehandlung (Anlassen) unterzogen, um die Zähigkeit gezielt zu verbessern.
Martensitbildung gezielt steuern: Wärmebehandlungsprozesse
Die Bildung des Martensits und seine Eigenschaften können gezielt über die Wärmebehandlung gesteuert werden. Je schneller die Abkühlung erfolgt, desto höher ist der Anteil des Martensitgefüges. Indem die Parameter des Abschreckvorgangs variiert werden, wie etwa Abschreckmedium, Temperatur und Abschreckgeschwindigkeit, können produzierende Betriebe spezifisch auf die gewünschten mechanischen und technologischen Anforderungen hin optimieren und anpassen. Diese sorgfältige Steuerung der Martensitbildung ist ein Schlüsselelement in der Wärmebehandlungstechnik technologisch anspruchsvoller Stahlkomponenten.
Praxisteil: Wofür der Gießereitechniker Martensit braucht
Für den Techniker ist Martensit vor allem eine Zielgröße beim Härten: er will einen definierten Martensitanteil im Bauteil erzeugen, ohne dass Risse durch die begleitenden Härtespannungen entstehen. Dazu muss die Abschreckgeschwindigkeit über die gesamte Bauteildicke die kritische Abkühlgeschwindigkeit übersteigen, sonst bildet sich statt Martensit unerwünschter Bainit oder Perlit, und die Härte bleibt unter Spezifikation. Bei dickwandigen Gussteilen ist das eine reale Grenze: der Kern kühlt langsamer ab als der Rand, weshalb legierte Stähle mit besserer Durchhärtbarkeit eingesetzt werden, wenn auch der Kern martensitisch werden soll. Nach dem Härten wird Martensit fast immer angelassen, also auf 150 bis 650 °C wiedererwärmt, um die Sprödigkeit zu reduzieren und die Zähigkeit für den praktischen Einsatz herzustellen. Die Härteprüfung nach dem Härten ist damit die schnellste Kontrolle, ob der gewünschte Martensitanteil tatsächlich erreicht wurde.
Härte von Martensit in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt
Die erreichbare Martensithärte hängt in erster Linie vom Kohlenstoffgehalt des Stahls ab, nicht von den Legierungselementen.[1] Die folgenden Werte sind gerundete Richtwerte für frisch abgeschreckten, noch nicht angelassenen Martensit.
| Kohlenstoffgehalt | Martensithärte (ca.) |
|---|---|
| 0,2 % C | ~45 HRC[1] |
| 0,4 % C | ~55 HRC[1] |
| 0,6 % C | ~63 HRC[1] |
| 0,8 % C | ~65–67 HRC[1] |
Häufige Fragen zu Martensit
Was ist Martensitgefüge einfach erklärt?
Martensit ist das Gefüge, das entsteht, wenn Stahl aus dem Austenitbereich so schnell abgekühlt wird, dass Kohlenstoffatome keine Zeit haben, aus dem Kristallgitter zu diffundieren. Sie bleiben zwangsweise im Gitter eingeschlossen und verzerren es tetragonal, was die charakteristische hohe Härte und Sprödigkeit erzeugt.
Warum ist Martensit spröde?
Die tetragonale Gitterverzerrung durch den eingeschlossenen Kohlenstoff und die hohe Versetzungsdichte behindern jede plastische Verformung. Ohne Anlassen bricht Martensit deshalb eher, als dass er sich verformt.
Wie unterscheidet sich Martensit von Bainit?
Martensit entsteht diffusionslos bei sehr schneller Abkühlung unterhalb der Martensit-Start-Temperatur. Bainit entsteht bei einer isotherm gehaltenen Zwischentemperatur und ist weniger hart, dafür zäher als Martensit.
Normbezug
Die Härteprüfung, mit der der erreichte Martensitanteil in der Praxis kontrolliert wird, ist in DIN EN ISO 6507[2] (Vickers-Härteprüfung) und DIN EN ISO 6508[3] (Rockwell-Härteprüfung) genormt.
Quellen
- Dieter Liedtke: Merkblatt 450 – Wärmebehandlung von Stahl – Härten, Anlassen, Vergüten, Bainitisieren. Stahl-Informations-Zentrum, Düsseldorf, Ausgabe 2005, Bild 16 und Abschnitt 3.1.1 (S. 12–13): Zusammenhang Kohlenstoffgehalt/Höchsthärte, Formel Erreichbare Höchsthärte = 35 + 50 · C-Gehalt in Masse-% ± 2 HRC; sowie Abschnitt 3.4.1 (S. 20): Härte bei Stahl höchstens 65 HRC. Als PDF abgerufen am 27.08.2026.
- DIN EN ISO 6507-1:2018-07, Metallische Werkstoffe – Härteprüfung nach Vickers – Teil 1: Prüfverfahren (ISO 6507-1:2018); Deutsche Fassung EN ISO 6507-1:2018.
- DIN EN ISO 6508-1:2016-12, Metallische Werkstoffe – Härteprüfung nach Rockwell – Teil 1: Prüfverfahren (ISO 6508-1:2016); Deutsche Fassung EN ISO 6508-1:2016.
Weiterführende Begriffe
- ZTU-Diagramm – zeigt, wann Martensit statt Bainit oder Perlit entsteht
- Bainit – Gefüge bei mittlerer Abkühlgeschwindigkeit
- Zementit – Kohlenstoffträger im Gefüge
- Abschrecken – Verfahren zur Martensitbildung
- Vickers Härte Tabelle – Umrechnung der Härtewerte
5 Kommentare zu „Martensit“