Bei einer hohen Abkühlgeschwindigkeit wird die Kohlenstoff-Diffusion verhindert, der Gamma-Mischkristall (Austenit) wird stark unterkühlt und dabei immer instabiler. Ab einer bestimmten Unterkühlung findet eine diffusionslose Umwandlung von kubisch-flächen-zentriert nach kubisch-raum-zentriert verzerrt statt. Das Ergebnis ist ein extrem an Kohlenstoff übersättigter Alpha-Mischkristall, der tetragonal verzerrt ist. Dieses Gefüge wird Martensit genannt. Martensit besitzt eine hohe Härte, ist dafür aber sehr spröde. Die plastische Verformung ist stark eingeschränkt.