Quelle est la différence entre les aciers inoxydables ferritiques, austénitiques et martensitiques?

Structure cristalline des aciers inoxydables

La grande majorité des métaux ont une structure cristalline à l'état solide, ce qui signifie qu'ils sont constitués de structures cristallisées d'atomes. Par définition, tous les aciers, y compris les aciers inoxydables, sont principalement constitués d'atomes de fer cristallisés avec l'ajout de carbone. Le fer dans l'acier peut exister dans plusieurs structures cristallines différentes, en fonction des conditions de sa création. La ferrite, l'austénite et la martensite sont tous des exemples de structures cristallines du fer, et tous se trouvent dans différents types d'acier. L'une des différences déterminantes entre ces structures cristallines est la quantité de carbone qu'elles peuvent absorber - une plus grande teneur en carbone généralement, mais pas toujours, rend un acier plus dur, mais plus fragile.

En tant que liquide, le fer fondu n'est pas cristallin et les cristaux ne se forment que lorsque le matériau se refroidit. Lorsque le matériau refroidit, l'acier se solidifie sous la forme de cristaux individuels qui se forment graduellement, ce qui peut signifier que n'importe quel type d'acier est composé de plusieurs types de cristaux car le métal forme lentement des cristaux à plusieurs niveaux de température. Cela signifie que, quelle que soit la structure cristalline qui les définit, il n'est pas rare que les aciers contiennent de petites quantités mélangées de ferrite, d'austénite et de cémentite.

Acier inoxydable ferritique

Les aciers ferritiques sont constitués de cristaux de ferrite, une forme de fer qui ne contient qu'une très petite quantité (jusqu'à 0,025%) de carbone. La ferrite absorbe une si petite quantité de carbone en raison de sa structure cristalline cubique centrée sur le corps - un atome de fer à chaque coin, et un au milieu. Cet atome de fer central est ce qui donne aux aciers inoxydables ferritiques leurs propriétés magnétiques.

Les aciers inoxydables ferritiques sont moins utilisés en raison de leur résistance à la corrosion limitée et de leur résistance et dureté moyennes.

Acier inoxydable austénitique

Les aciers inoxydables austénitiques contiennent de l'austénite, une forme de fer qui peut absorber plus de carbone que la ferrite. L'austénite est créée en chauffant de la ferrite à 912 degrés C, moment où elle passe d'une structure cristalline cubique centrée sur le corps à une structure cristalline cubique centrée sur le visage. Structures cubiques à faces centrées La ferrite peut absorber jusqu'à 2% de carbone.

Lorsque l'austénite se refroidit, elle revient généralement à sa forme de ferrite, ce qui rend les cristaux d'austénite difficiles à utiliser en dessous des températures extrêmes d'un four de fusion. L'austénite peut être forcée de conserver sa structure cristalline à basse température avec l'inclusion d'additifs chimiques, tels que le nickel et le manganèse trouvés dans de nombreux aciers inoxydables austénitiques.

Les aciers inoxydables austénitiques ne peuvent pas être durcis de manière significative par traitement thermique, mais peuvent être durcis par un travail à froid. Les aciers inoxydables austénitiques sont largement utilisés en raison de leur excellente résistance à la corrosion.

Cementite

La cémentite est une forme de fer qui contient encore plus de carbone que la ferrite et l'austénite. La cémentite contient jusqu'à 6,67% de carbone. En raison de sa teneur en carbone accrue, la cémentite est dure et cassante, et sa présence est généralement un sous-produit, plutôt que par la conception. La cémentite se produit couramment dans les aciers quand l'excès de carbone, tel que le carbone qui ne peut pas être absorbé dans la ferrite, doit être utilisé pour la formation de cristaux.

Pearlite

Lorsque le fer refroidit, les cristaux d'austénite se reconvertissent en cristaux de ferrite, perdant l'excès de carbone qui ne peut pas être absorbé correctement par la ferrite nouvellement formée. L'excès de carbone crée des taches de cristaux avec un mélange de ferrite à faible teneur en carbone et de restes de cémentite à haute teneur en carbone, et ces cristaux mixtes sont connus sous le nom de perlite.

Acier inoxydable martensitique

L'acier inoxydable martensitique est formé par la création de martensite. Martensite a été un élément clé de l'acier trempé pendant des centaines d'années, mais a été officiellement nommé au 20ème siècle après le métallurgiste Adolf Martens (1850 - 1914).

La martensite est une forme cubique de fer cristallisé centré sur le corps qui est créée lorsque l'austénite chauffée est rapidement refroidie par trempe. La vitesse accrue à laquelle les cristaux de martensite sont créés empêche la formation de cémentite, et provoque la capture anormale des atomes de carbone dans des cristaux qui expulseraient ordinairement l'excès de carbone au cours du refroidissement graduel.

Les aciers inoxydables martensitiques peuvent être traités thermiquement et durcis, mais ont une résistance chimique réduite par rapport aux aciers inoxydables austénitiques. L'acier inoxydable martensitique est souvent utilisé lorsque la dureté est critique, comme dans les couteaux, où la dureté de surface crée une lame plus nette.