Le terme «martensite» fait généralement référence à une forme d’acier avec une structure atomique distinctive créée par un processus appelé transformation martensitique. La martensite est très dure, ce qui signifie qu’elle ne se cabossera pas ou ne se rayera pas facilement ; cela en fait un choix populaire pour les outils, tels que les marteaux et les burins, ainsi que les épées. Il est cassant, cependant, il se cassera plutôt que de se plier lorsqu’il sera soumis à trop de pression. La martensite est fabriquée à partir d’austénite, une solution solide de fer contenant une petite quantité de carbone.
Changements de phase
L’austénite a une structure cristalline particulière connue sous le nom de cubique à faces centrées (FCC). Cela signifie que chaque unité cubique a un point de réseau au centre de chaque côté ainsi qu’à chaque coin ; avec les points de réseau connectés, le cristal ressemblerait à une boîte carrée avec un X de chaque côté. Ce type d’acier commence à se former à des températures d’environ 1,350 732 °F (XNUMX °C). L’austénite peut contenir plus de carbone que les autres formes de fer. Si on la laisse refroidir naturellement, l’austénite se transforme en ferrite (fer alpha ou fer pur) et en cémentite (carbure de fer).
La transformation martensitique se produit lorsque l’austénite est rapidement refroidie dans un processus connu sous le nom de trempe. La chute rapide de la température emprisonne les atomes de carbone à l’intérieur des structures cristallines des atomes de fer. Cela fait passer les cristaux de FCC à tétragonal centré sur le corps (BCT); les cristaux sont étirés de sorte qu’ils soient carrés à chaque extrémité mais plus longs sur les côtés (comme une boîte à chaussures), et les points de treillis qui se trouvaient au centre de chaque face sont maintenant réunis en un point au centre du cristal. Cette nouvelle structure est ce qui augmente considérablement la dureté de l’acier.
Trempe
L’acier martensitique résultant est extrêmement dur, ce qui signifie qu’il ne se rayera pas, mais qu’il est très cassant, il se brisera donc sous la contrainte. Pour remédier à cette faiblesse, la martensite est chauffée dans un processus appelé revenu, qui fait que la martensite se transforme partiellement en ferrite et en cémentite. Cet acier trempé n’est pas aussi dur, mais devient plus dur (moins susceptible de se casser) et plus malléable, et donc mieux adapté à un usage industriel.
Les usages
La dureté de la martensite trempée en fait un bon matériau pour les aciers à outils, car la résistance à l’abrasion et à la déformation est importante dans de telles applications. C’est un composant commun dans les pièces de machines et les matrices de forgeage. Les aciers trempés contenant du silicium sont souvent utilisés pour l’acier à ressort, qui peut être utilisé pour fabriquer des ressorts, des cordes d’instruments de musique et des composants de trains miniatures et autres jouets. L’acier à ressort peut être tordu ou plié sans déformation permanente, ce qui en fait un bon choix pour les composants qui nécessitent que l’acier se déplace à plusieurs reprises sans dégradation.
L’acier inoxydable, qui contient du chrome ainsi que du fer et du carbone, peut également être fabriqué avec une structure cristalline martenistique. Cette forme est moins résistante à la corrosion que les autres formes d’acier inoxydable, mais elle est également plus solide et plus facile à usiner dans la plupart des cas. Une méthode de fabrication, appelée durcissement par précipitation (ou durcissement par vieillissement), ajoute des impuretés comme le chrome et le nickel au cours d’un processus de traitement thermique prolongé ; L’acier inoxydable martensitique durci par précipitation a une résistance encore plus grande ainsi qu’une résistance élevée à la corrosion. Un tel acier est souvent utilisé dans des applications militaires et aérospatiales.
Transformation de déplacement
La transformation martensitique est l’exemple le plus connu de transformation par déplacement, un type de changement de phase dans lequel les atomes d’un matériau se déplacent à l’unisson sur de courtes distances plutôt que de se diffuser individuellement sur de plus longues distances. Un changement de phase se produit lorsqu’une substance passe d’un état, comme un solide, à un autre, comme un liquide. Parce qu’ils sont si bien connus comme un type de transformation par déplacement, les termes martensite ou martensitique sont parfois utilisés dans un sens plus large pour décrire tout matériau produit par transformation par déplacement.