Martensitique, Ferritique, Austénitique

Les atomes de fer pur s'assemblent selon un « empilage » ordonné. La solidité de cet empilage fournit les caractéristiques mécaniques du fer.

Ferrite

On peut schématiser cet empilage par un cube

4 atomes forment un carré.
L'atome suivant vient se positionner au centre du carré, sur le creux formé par les 4.
4 atomes suivants viennent de positionner au-dessus.

L'ensemble forme une structure cubique avec un atome au centre du cube.

Cet empilage s'appelle ferrite  (ou cubique centré)

Austénine

Pour d'autres conditions les atomes de fer s'empilent toujours en cube mais selon une autre organisation.
Le premier carré est formé de 5 atomes : un à chaque coin et  un au centre.
Ainsi on forme un cube dont chaque face est constituée de 5 atomes.

L'ensemble forme une structure cubique dont chaque face comporte un atome au centre.

Cet empilage s'appelle austénite (ou cubique à faces centrées).

Dans une représentation différente 

Ces deux structures : ferrite et austénite existent pour le fer à des températures différentes :

• à froid, les atomes s'assemblent en ferrite
• à chaud les atomes s'assemblent en austénite.

Mais dès que le fer contient du carbone, il devient acier. Et pour l'acier :

• A chaud , l'acier est austénitique, 
• A froid : selon la vitesse de refroidissement et la présence de carbone l'acier sera soit ferritique si le refroidissement est lent, soit martensitique si le refroidissement est rapide.

Martensite (fer α')

La martensite 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 une modification du réseau cristallin (avec un faible déplacement des atomes de fer), sans qu'il y ait de diffusion des atomes de carbone. 

Avec un refroidissement lent, le carbone se déplace. Avec un refroidissement rapide, il se fige dans la structure.

La structure devrait passer de austénite vers ferrite, mais le carbone « bloque » cette transformation et produit la martensite.
La martensite (fer α') est une phase métastable des aciers, issue de la transformation sans diffusion de l'austénite γ en dessous d'une température martensitique. Elle tire son nom de Adolf Martens (1850-1914) métallurgiste allemand. La structure de la martensite des aciers trempés est étudiée par Floris Osmond en 1890.
La martensite cristallise selon un modèle quadratique hybride.

Les aciers martensitiques sont :

• Aciers au carbone
• Aciers faiblement alliés
• Aciers alliés
• Aciers inoxydables // Carbone et chrome :13%, 14% ,15%, 16% , 17% ,…de chrome