Comprendre l'austénite, la martensite et la perlite

Austénite :

La solution solide de carbone et d'éléments d'alliage dissous dans le γ-Fe conserve toujours les caractéristiques du réseau cubique à faces centrées du γ-Fe. Cette structure existe généralement à haute température ; l'austénite commence à se décomposer entre 200 et 300 °C. Lorsque la température de chauffage augmente, les grains grossissent progressivement. À une température donnée, plus le temps de maintien est long, plus les grains d'austénite sont grossiers. Les joints de grain sont relativement droits, formant des polygones réguliers ; elle est non magnétique, possède une bonne plasticité, une faible résistance et une certaine ténacité ; dans l'acier trempé, l'austénite résiduelle est répartie dans les espaces entre les aiguilles de martensite.

Austénite surfondue :

Austénite qui existe en dessous de la température A1, instable et sur le point de subir une transformation.

Ferrite :

Une solution solide de carbone et d'éléments d'alliage dissous dans le α-Fe, possédant un réseau cubique centré et une solubilité extrêmement faible en carbone ; Caractéristiques : elle présente une bonne ténacité et plasticité ; elle affiche une structure granulaire polygonale brillante ; elle existe à des températures élevées supérieures à 1400 °C, on l'appelle donc ferrite à haute température ou solution solide δ, notée δ ; dans les aciers hypoeutectoïdes, la ferrite refroidie lentement apparaît sous forme de grains massifs aux limites granulaires relativement lisses. Lorsque la teneur en carbone s'approche de la composition eutectoïde (teneur en carbone de 0,77 %), la ferrite précipite le long des joints de grain. (Eutectoïde : transformation de phase au cours de laquelle deux ou plusieurs nouvelles phases précipitent simultanément à partir de la phase mère.)

Martensite :

Une solution solide sursaturée de carbone dissous dans du fer α, avec une structure tétragonale à faces centrées ; les morphologies courantes de la martensite incluent des structures en lamelles et en plaques ; la morphologie de la martensite dépend principalement de la température de formation, qui à son tour dépend de la teneur en carbone et en éléments d'alliage de l'austénite ; pour les aciers au carbone, lorsque la teneur en carbone augmente, la quantité de martensite en lamelles diminue relativement, tandis que la quantité de martensite en plaques augmente relativement ; caractéristiques : haute résistance et grande dureté ; formée par un refroidissement rapide (trempage) de l'austénite, ce n'est pas une structure d'équilibre et elle se décompose facilement lorsqu'elle est chauffée entre 80 et 200 °C ;

Martensite en lamelles :

Formée dans les aciers à faible et moyenne teneur en carbone ainsi que dans les aciers inoxydables, elle se compose de faisceaux de lamelles disposés parallèlement. Sa forme spatiale est aplatie et allongée, et un grain d'austénite peut se transformer en plusieurs faisceaux de lamelles (généralement de 3 à 5).

Martensite en lamelles (martensite aciculaire) :

Cela se trouve couramment dans les aciers à teneur moyenne et élevée en carbone ainsi que dans les alliages Fe-Ni à forte teneur en nickel. Lorsque les plus grandes lamelles de martensite sont trop petites pour être distinguées au microscope optique, on parle de martensite cryptocristalline. La martensite obtenue par trempe normale en production est généralement une martensite cryptocristalline.

Martensite revenue :

Cette microstructure est formée par un revenu à basse température (150–250 °C) et se compose de martensite présentant un degré moindre de sursaturation et de très fins carbures. La décomposition de la martensite se produit entre 80 et 200 °C. Lorsque l'acier est chauffé à environ 80 °C, l'activité atomique augmente et le carbone sursaturé dans la martensite commence à précipiter progressivement sous forme de carbures. Le degré de sursaturation en carbone dans la martensite diminue continuellement, conduisant ainsi à la formation d'une structure mixte composée de martensite moins sursaturée et de très fins carbures.

Cémentite :

Un composé de carbone et de fer, Fe3C ; Caractéristiques : contient 6,67 % de carbone, possède une structure cristalline orthorhombique complexe ; très dur, extrêmement fragile, avec une ténacité et une plasticité quasi nulles ;

Perlite :

Un mélange mécanique de ferrite et de cémentite en couches lamellaires alternées, formé par la réaction eutectoïde dans les alliages fer-carbone ; Caractéristiques : présente un éclat nacré ; ses propriétés mécaniques se situent entre celles de la ferrite et de la cémentite, avec une grande résistance, une dureté modérée, et une bonne plasticité et ténacité ;

Perlite lamellaire :

Un mélange de ferrite et de cémentite formé par des couches minces alternées et superposées ; selon la taille de l'espacement lamellaire, on distingue : la perlite (espacement lamellaire de 450 à 150 nm, plage de température de formation A1–650 °C, clairement discernable au microscope optique), la sorbite (espacement lamellaire de 150 à 80 nm, plage de température de formation 650–600 °C, discernable uniquement au microscope optique à fort grossissement) et la troostite (espacement lamellaire de 80 à 30 nm, plage de température de formation 600–550 °C, discernable uniquement au microscope électronique) ;

Perlite granulaire :

Un mélange dans lequel la cémentite existe sous forme granulaire au sein d'une matrice de ferrite ; la perlite granulaire est généralement obtenue par un recuit de sphéroïdisation ; (Recuit de sphéroïdisation : traitement thermique effectué pour sphéroïdiser les carbures dans l'acier) ;

Bainite supérieure :

Un mélange formé d'une ferrite aciculaire sursaturée et de cémentite lorsque la température chute dans la plage de 550 à 350 °C, avec de la cémentite entre les aiguilles de ferrite ; Caractéristiques : apparence en forme de plume, fragile, dureté élevée ; essentiellement identifiable au microscope optique 500x. Bainite supérieure

Un mélange formé d'une ferrite aciculaire sursaturée et de cémentite lorsque la température chute dans la plage de 350 à 230 °C, mais la cémentite se trouve à l'intérieur des aiguilles de ferrite ; Caractéristiques : apparaît sous forme de structures en aiguilles noires ou ressemblant à des feuilles de bambou ;

Bainite granulaire :

Un mélange composé de ferrite blocque relativement grossière et d'austénite riche en carbone ;

Bainite sans carbure :

Une microstructure composée d'une seule phase de ferrite en lamelles, également appelée bainite ferritique ; Caractéristiques : la bainite sans carbure apparaît généralement dans les aciers faiblement carbonés ;

Structure de Widmanstätten :

Une microstructure multiphasée dans l'acier où la phase proeutectoïde existe sous une forme en aiguille ou en lame, mélangée avec de la perlite lamellaire, apparaissant lorsque les grains d'austénite sont relativement grossiers et que la vitesse de refroidissement est appropriée. Caractéristiques : grains grossiers, aux formes en lame, plumeuses ou triangulaires.