martensite

La martensite est une phase dure et cassante de l'acier qui se forme lorsque l'austénite (fer saturé d'atomes de carbone) refroidit si rapidement que les atomes de carbone ne peuvent pas diffuser et s'organiser en phases plus douces comme la perlite. Les atomes se bloquent dans une structure cristalline tétragonale centrée, laissant le carbone piégé en solution solide. Ce processus de trempe, généralement un refroidissement à partir de plus de 900 degrés Celsius à des vitesses dépassant 100 degrés par seconde, est ce qui produit la martensite plutôt que les microstructures plus douces qui se forment lors d'un refroidissement lent.

La dureté de la martensite provient de ce réseau cristallin déformé et des atomes de carbone qui y sont logés. La dureté de l'acier mesurée sur l'échelle Rockwell C augmente considérablement lorsque la martensite se forme, atteignant souvent 50 à 65 HRC selon la teneur en carbone. Cependant, cette dureté a un inconvénient: la martensite est également cassante et sujette à la fissuration, surtout lorsqu'elle n'est pas trempée. La structure même qui la rend dure la rend suffisamment fragile pour se briser sous l'impact.

Trempe et utilisation pratique

Pour rendre la martensite utilisable dans les outils et les composants réels, les métallurgistes la trempent en la réchauffant à une température contrôlée, généralement de 150 à 650 degrés Celsius. Ce réchauffage permet à une partie du carbone de précipiter sous forme de carbures fins, réduisant la distorsion tétragonale et diminuant légèrement la dureté tout en améliorant considérablement la ténacité. Les propriétés finales dépendent entièrement de la température de trempe: un outil de coupe peut être trempé à 200 degrés Celsius pour conserver une dureté maximale; un ressort peut être trempé à 400 degrés Celsius pour la flexibilité et la résistance aux chocs.

Le terme martensite rend hommage à Adolf Martens, un métallurgiste allemand du XIXe siècle qui a étudié la structure de l'acier trempé au microscope avant que sa cristallographie ne soit entièrement comprise. Il a observé l'apparence aciculaire ou en forme de plaque de cette phase dans des échantillons polis et attaqués, et le nom est resté même après que la cristallographie aux rayons X ait révélé le réseau tétragonal sous-jacent. Dans la sidérurgie moderne, le contrôle de la formation de la martensite est fondamental pour le traitement thermique; la vitesse de refroidissement critique requise pour former la martensite dépend de la composition de l'alliage, le chrome, le molybdène et d'autres éléments augmentant cette vitesse et rendant l'acier plus difficile à tremper correctement.

La formation de martensite ne se limite pas aux systèmes fer-carbone. Des structures similaires se forment dans les alliages non ferreux et les céramiques lorsqu'ils sont refroidis rapidement à haute température, mais dans la sidérurgie, le terme martensite fait presque toujours référence à la martensite carbone-fer. Sa présence est vérifiée par des essais de dureté, des propriétés magnétiques, ou par l'attaque d'une section transversale polie et l'examen de la microstructure au microscope, où la martensite apparaît sous forme de régions caractéristiques en forme d'aiguilles ou de tiges.