Martensite

En ce qui concerne les aciers, la martensite (fer α') est une phase métastable issue de la transformation sans diffusion de l'austénite γ en dessous d'une température martensitique.

C'est une solution solide d'insertion sursaturée en carbone dans le fer α (ferrite), de même composition que l'austénite initiale. La transformation austénite - martensite consiste en un changement du réseau cristallin (avec un faible déplacement des atomes de fer), mais elle n'affecte pas le carbone : on appelle ce type de transformation "displacive".

La martensite cristallise selon un modèle quadratique hybride. On austénitise un acier (structure cubique face centré) ayant une quantité de carbone supérieur a 0,05 % (limite de solubilité du carbone dans le fer alpha pour l’obtention de ferrite). Lors d'un refroidissement "classique" on observera la formation de ferrite et de cémentite sous leur forme d'équilibre que l'on retrouve dans le diagramme Fer-Carbone. Pour obtenir une structure ferritique ayant un taux de carbone supérieur à 0,05 % on effectue une trempe : cela consiste a réaliser un refroidissement assez rapide pour permettre la formation d'une structure hybride que l'on nomme martensite. Lors de l'austénitisation, on observe une diffusion des atomes de carbone dans les interstitiels de la maille cubique face centré du fer gamma ayant la particularité d'être plus grand que ceux de la maille cubique centré du fer alpha.

Lors d'un refroidissement assez lent on va observer une migration des atomes de carbone vers les joints de grain formant de la cémentite. Alors qu'effectuer un refroidissement plus rapide de l'acier austénitisé va empêcher la migration des atomes de carbone vers les joints de grain. Et comme l'acier doit retourner sous son état d'équilibre qui est le cubique centré à température ambiante, on observe un cisaillement suivant les plans de direction atomique les plus élevés (les diagonales du cube formant des triangles équilatéraux), permettant la naissance de la structure hexagonale hybride que l'on nomme martensitique.

La martensite est ferromagnétique.

Elle possède une grande dureté (HV > 800) et une fragilité notable. Elle a une structure en aiguilles (plaques) ou en lattes, visibles avec un grossissement suffisant, après attaque par les réactifs classiques. Ces aiguilles correspondent à des plaquettes internes dont le plan habituel est voisin de (225), orientées à l'intérieur de chaque grain initial d'austénite suivant trois directions parallèles aux côtés d'un triangle équilatéral. Le durcissement de la martensite est d'ordre physico-chimique ; chaque atome de carbone, plus volumineux que l'interstice où il est inséré, écarte les atomes de fer voisins créant une sphère de perturbation autour de lui-même. De ce fait on ne pourra observer l'apparition d'un atome de carbone qu'une fois tous les diamètres de la sphère de perturbation. Le réseau du fer est ainsi fortement distordu, et ces perturbations, en bloquant le mouvement des dislocations, durcissent l'acier.