--- title: "Températures et phases de transformation de l’acier" description: "Découvrez comment la composition de l’acier et le refroidissement influent sur les températures de transformation, la perlite, la bainite et la martensite." canonical: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier language: fr robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/heat-treatment/steel-transformation-temperatures-and-phases.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepelné-zpracování/teploty-a-fáze-přeměn-oceli.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/wärmebehandlung/umwandlungstemperaturen-und-phasen-von-stahl.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-térmico/temperaturas-y-fases-de-transformación-del-acero.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/hőkezelés/acélátalakulási-hőmérsékletek-és-fázisok.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/trattamento-termico/temperature-e-fasi-della-trasformazione-dell-acciaio.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/warmtebehandeling/transformatietemperaturen-en-fasen-van-staal.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/obróbka-cieplna/temperatury-i-fazy-przemian-stali.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/tratamento-térmico/temperaturas-e-fases-de-transformação-do-aço.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/термическая-обработка/температуры-и-фазы-превращений-стали.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/ısıl-işlem/çeliğin-dönüşüm-sıcaklıkları-ve-fazları.md zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/热处理/钢的转变温度与相.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/熱処理/鋼の変態温度と相.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/المعالجة-الحرارية/درجات-حرارة-تحوّل-الفولاذ-وأطواره.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/열처리/강철-변태-온도와-상.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/tratamento-térmico/temperaturas-e-fases-da-transformação-do-aço.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/ऊष्मा-उपचार/इस्पात-के-रूपांतरण-तापमान-और-प्रावस्थाएँ.md content_hash: sha256:5a7332e04a6d9c2a8fe12fb8cd766d6603299ad22b952257a89a4d0e12107bbf generated: 2026-09-25 --- > **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page, > served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML. > Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier > Canonical URL: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier > Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi > Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything > below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real > content change; `generated` moves on every render and is not a change signal. ![Températures et phases de transformation de l’acier](/images/uploads/42f37647-ca7e-4aca-8147-3f8824994bb6/wiki-hero-a-polished-steel-cross-section-showing-ferrite-pearlite-bainite-martensite-and-r-1920x823.jpg) Traitement thermique # Températures et phases de transformation de l’acier Découvrez comment la composition de l’acier et le refroidissement influent sur les températures de transformation, la perlite, la bainite et la martensite. ![Portrait d’Anders Bergström, journaliste de la sidérurgie](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg) **[Anders Bergström](/fr/actualites/auteur/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Traitement thermique 53 min de lecture Mis à jour 14 août 2026 Revu selon les preuves Sur cette pageSur cette page - [Ce que signifient réellement les températures de transformation](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#ce-que-signifient-réellement-les-températures-de-transformation "Ce que signifient réellement les températures de transformation") - [Le cadre fer–carbone : phases, structures cristallines et domaines](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#le-cadre-fer-carbone-phases-structures-cristallines-et-domaines "Le cadre fer–carbone : phases, structures cristallines et domaines") - [Formation de l’austénite lors du chauffage](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#formation-de-l-austénite-lors-du-chauffage "Formation de l’austénite lors du chauffage") - [Produits issus du refroidissement : perlite, bainite, martensite et phases proeutectoïdes](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#produits-issus-du-refroidissement-perlite-bainite-martensite-et-phases-proeutectoïdes "Produits issus du refroidissement : perlite, bainite, martensite et phases proeutectoïdes") - [Diagrammes TTT : ce que les données de transformation isotherme peuvent et ne peuvent pas montrer](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#diagrammes-ttt-ce-que-les-données-de-transformation-isotherme-peuvent-et-ne-peuvent-pas-montrer "Diagrammes TTT : ce que les données de transformation isotherme peuvent et ne peuvent pas montrer") - [Diagrammes CCT et réalité des trajectoires de refroidissement industrielles](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#diagrammes-cct-et-réalité-des-trajectoires-de-refroidissement-industrielles "Diagrammes CCT et réalité des trajectoires de refroidissement industrielles") - [Pourquoi les températures de transformation varient selon les aciers et les procédés](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#pourquoi-les-températures-de-transformation-varient-selon-les-aciers-et-les-procédés "Pourquoi les températures de transformation varient selon les aciers et les procédés") - [Normes de lecture, désignations de nuances et terminologie des transformations](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#normes-de-lecture-désignations-de-nuances-et-terminologie-des-transformations "Normes de lecture, désignations de nuances et terminologie des transformations") - [Du diagramme à la microstructure : une méthode d’interprétation rigoureuse](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#du-diagramme-à-la-microstructure-une-méthode-d-interprétation-rigoureuse "Du diagramme à la microstructure : une méthode d’interprétation rigoureuse") ## Ce que signifient réellement les températures de transformation Une température de transformation de l’acier n’est pas une valeur universelle imprimée à côté d’une nuance. Il s’agit d’une limite ou d’un événement observé qui dépend de la composition, de l’histoire thermique, de la taille de l’éprouvette, de la vitesse de chauffage ou de refroidissement, ainsi que du mécanisme par lequel une structure se transforme en une autre. La température indiquée peut décrire l’équilibre, le début d’une réaction pendant le chauffage, le début d’une réaction pendant le refroidissement, ou le moment où une mesure particulière détecte une modification. Ces valeurs sont liées, mais elles ne sont pas interchangeables. Une **phase** est une structure physiquement distincte, présentant une disposition cristalline définie et une plage de composition déterminée. Dans l’acier, l’austénite (γ) possède une structure cubique à faces centrées, la ferrite (α) une structure cubique centrée, et la cémentite une structure orthorhombique Fe₃C, comme l’indique l’Université de Cambridge dans *Interpretation of the Microstructure of Steels* (2008). Un **constituant** est un assemblage microstructural pouvant contenir plusieurs phases. La perlite, par exemple, est un constituant formé de ferrite et de cémentite. Un **produit de transformation** est la structure formée à partir de la phase mère : la perlite, la bainite, la martensite, la ferrite proeutectoïde et la cémentite proeutectoïde sont les principaux produits identifiés dans le traitement des transformations de l’austénite par ASM. Température (°C) Températures sélectionnées de transformation et de référence du fer pur indiquées dans l’article ; ces valeurs ne sont pas interchangeables avec les températures critiques propres à chaque nuance. #### Ne pas assimiler la réaction à chaque cycle thermique du four L’équation eutectoïde identifie les produits d’équilibre. Elle ne signifie pas que tout acier contenant environ 0.8 % massique de carbone forme la même structure exactement à 723 °C lors d’un programme réel de chauffage ou de refroidissement. Cette distinction est importante, car une température peut marquer la disparition d’une phase sans désigner le constituant final. À environ 0,8 % massique de carbone et 723 °C, l’austénite subit la réaction eutectoïde γ → α + Fe₃C, selon le document de Cambridge de 2002 consacré au système Fe–C. Cette équation indique les produits d’équilibre, la ferrite et la cémentite. Elle ne signifie pas que tout acier contenant environ 0,8 % massique de carbone forme exactement la même structure à 723 °C au cours d’un cycle réel dans un four. ### Limites d’équilibre et températures critiques pratiques La notation des températures de transformation distingue les limites d’équilibre des phénomènes observés au chauffage, au refroidissement et lors des transformations martensitiques. | Notation | Signification | Condition ou limite thermique | |---|---|---| | Ae1 | Température eutectoïde d’équilibre | L’austénite et le mélange ferrite plus cémentite peuvent coexister | | Ae3 | Limite supérieure d’équilibre de l’austénite | Domaine austénite par rapport au domaine austénite plus ferrite | | Aecm | Limite supérieure d’équilibre austénite–cémentite | Domaine austénite par rapport au domaine austénite plus cémentite | | Ac1 / Ac3 / Accm | Températures critiques observées au chauffage | Formation et achèvement de l’austénite au chauffage | | Ar1 / Ar3 | Températures critiques observées au refroidissement | Transformation au refroidissement | | Ms / Mf | Températures de début et de fin de formation de la martensite | Transformation martensitique displacive | La notation d’équilibre décrit ce qui est thermodynamiquement stable lorsque le système dispose de suffisamment de temps pour s’approcher de l’équilibre. **Ae1** est la température eutectoïde d’équilibre : la limite à laquelle l’austénite et le mélange ferrite-cémentite peuvent coexister pour la composition et la pression spécifiées. **Ae3** est la limite supérieure d’équilibre de l’austénite dans un acier hypoeutectoïde ; elle sépare l’austénite du domaine austénite-ferrite. **Aecm** est la limite supérieure correspondante pour un acier hypereutectoïde ; elle sépare l’austénite du domaine austénite-cémentite. L’indice « e » signale l’équilibre. Lors d’un refroidissement lent, les températures critiques au chauffage peuvent être environ 33 °C supérieures aux valeurs au refroidissement. Strong evidence Les températures opérationnelles sont généralement écrites avec une notation différente. **Ac1** et **Ac3** désignent les températures de transformation observées pendant le chauffage ; **Ar1** et **Ar3** désignent celles observées pendant le refroidissement. Les lettres « c » et « r » indiquent les conditions de chauffage et de refroidissement, et non de nouvelles phases d’équilibre. Pendant le chauffage, l’austénite peut ne commencer à se former qu’une fois que le matériau a dépassé Ae1, car la germination et la diffusion nécessitent du temps. Pendant le refroidissement, la ferrite, la perlite ou la cémentite peuvent ne pas apparaître tant que l’acier n’est pas descendu en dessous de la limite d’équilibre, car la réaction nécessite un sous-refroidissement. ASM International indique que, pour un refroidissement lent, les températures critiques au chauffage peuvent être environ 33 °C supérieures aux valeurs observées au refroidissement (2024). Cette différence correspond à l’hystérésis, et non à une erreur du diagramme de phases. La composition déplace également ces limites. Le carbone modifie la stabilité de l’austénite ainsi que les températures auxquelles la ferrite, la perlite, la cémentite et la martensite peuvent se former. Les éléments d’alliage déplacent les limites et modifient les vitesses de réaction ; le silicium, par exemple, élève la plage des températures de transformation, diminue la solubilité du carbone dans l’austénite et tend à dissocier le carbure de fer. La référence du fer pur dépend déjà de la température : Cambridge situe l’austénite cubique à faces centrées entre environ 910 et 1400 °C, et la température de fusion à environ 1539 °C (2005). Une nuance d’acier ne peut donc pas hériter du fer pur d’une « température d’austénitisation » fixe. ### Chauffage, refroidissement, maintien isotherme et refroidissement continu ![Températures et phases de transformation de l’acier](/images/uploads/22d3d9f4-2d9d-4325-a126-3944f95c845b/wiki-inline-a-thick-steel-component-undergoing-heat-treatment-with-separate-furnace-surface-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/22d3d9f4-2d9d-4325-a126-3944f95c845b/wiki-inline-a-thick-steel-component-undergoing-heat-treatment-with-separate-furnace-surface-1920x1094.avif "Agrandir l'image — Températures et phases de transformation de l’acier")A furnace reading can cross Ac1 while the centre of a thick component remains cooler. #### Influence du parcours thermique sur la question étudiée 1. **Chauffage** Déterminer à quel moment la ferrite et la cémentite se dissolvent suffisamment pour former de l’austénite. 2. **Refroidissement** Déterminer quelles plages de réaction sont franchies et quels produits de transformation peuvent se former. 3. **Maintien isotherme** Maintenir l’austénite à une température choisie et relever les temps de début et de fin de transformation sur un diagramme TTT temps–température–transformation. 4. **Refroidissement continu** Suivre un parcours de température variable sur un diagramme TRC de transformation en refroidissement continu. Le chauffage, le refroidissement et le maintien répondent à des questions différentes. Lors du chauffage, il s’agit de déterminer à quel moment la ferrite et la cémentite se dissolvent suffisamment pour permettre la formation de l’austénite. L’inertie thermique signifie que la température du four, celle de la surface et celle du cœur d’un composant épais peuvent différer considérablement. La mesure d’un pyromètre peut franchir Ac1 alors que le centre n’a pas encore atteint cette température. La dimension de la section modifie alors le trajet thermique effectif, même lorsque le programme nominal du four est identique. Lors du refroidissement, le trajet réactionnel détermine le produit de transformation. Un refroidissement lent produit des constituants contrôlés par la diffusion et issus d’une reconstruction, tels que la ferrite proeutectoïde et la perlite, en permettant la redistribution des atomes de carbone et de fer. Un refroidissement plus rapide inhibe ces réactions et peut produire de la bainite ou de la martensite. Cambridge décrit la croissance de la bainite comme étant sans diffusion vis-à-vis du réseau de fer et thermodynamiquement possible en dessous de la température T₀, lorsque la bainite possède une énergie libre inférieure à celle de l’austénite de composition identique. La martensite résulte d’une transformation displacive, essentiellement sans diffusion : sa formation n’exige pas que le carbone parcoure de longues distances, bien que la teneur en carbone influence fortement sa température de début de formation. Une **transformation isotherme** consiste à maintenir l’austénite à une température choisie après un refroidissement rapide jusqu’à cette température. Un **diagramme TTT** — diagramme temps-température-transformation — indique quand les produits commencent à se former et quand leur formation s’achève dans de telles conditions de maintien. Ses courbes en C représentent des réactions dépendant du temps, telles que celles de la perlite et de la bainite, tandis que la température de début de formation de la martensite, **Ms**, correspond à une transformation athermique principalement déterminée par la température atteinte plutôt que par un temps d’incubation. **Mf** est la température de fin de formation de la martensite, bien que le refroidissement puisse s’arrêter au-dessus de Mf et laisser de l’austénite retenue. Cambridge indique que le carbone influe sur Ms, Mf et la fraction d’austénite retenue (2012). Un **diagramme CCT** enregistre au contraire la transformation pendant un refroidissement continu. La vitesse de refroidissement détermine les courbes de début franchies et la durée pendant laquelle l’acier demeure dans chaque plage réactionnelle. Le document de NIST *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990) montre qu’un diagramme CCT peut servir à estimer la trempabilité et à prévoir la microstructure à température ambiante, ainsi que les propriétés de résistance, de dureté, d’usinabilité et de tenue en fatigue. C’est pourquoi une valeur CCT ne remplace pas une valeur Ae. Les limites d’équilibre décrivent la stabilité de phase autorisée ; les diagrammes TTT et CCT décrivent le moment où les produits de transformation réels apparaissent le long de trajectoires thermiques particulières. ## Le cadre fer–carbone : phases, structures cristallines et domaines Le diagramme fer–carbone est une carte d’équilibre, et non une table de correspondance donnant directement une température. Ses domaines indiquent quelles phases sont thermodynamiquement stables pour une composition et une température données, en supposant un temps suffisant pour permettre la diffusion. L’acier réel suit souvent un parcours différent : les vitesses de chauffage et de refroidissement déplacent les températures de transformation, les éléments d’alliage modifient la stabilité des phases, et un refroidissement rapide peut empêcher la formation des produits contrôlés par la diffusion. Une même nuance nominale peut donc contenir de la ferrite, de la perlite, de la bainite, de la martensite, de l’austénite retenue ou des mélanges de ces constituants, selon son histoire thermique. Le diagramme distingue également une **phase** d’un **constituant microstructural** et d’un **produit de transformation**. La ferrite, l’austénite et la cémentite sont des phases. La perlite est un constituant biphasé. La bainite et la martensite sont des produits de transformation dont les structures et les compositions dépendent de la manière dont l’austénite se décompose. ### Ferrite, austénite et cémentite **La ferrite**, notée conventionnellement α dans ce contexte, est une solution solide riche en fer dotée d’une structure cristalline cubique centrée (BCC). Le carbone présente une très faible solubilité dans la ferrite BCC, car les sites interstitiels disponibles sont petits et peu adaptés au carbone. Aux températures ordinaires, les aciers à faible teneur en carbone contiennent couramment de la ferrite comme phase continue ou matrice. Sa teneur relativement faible en carbone et son réseau BCC contribuent à expliquer sa dureté moindre par rapport à la martensite. **L’austénite**, notée γ, possède une structure cristalline cubique à faces centrées (FCC). Le réseau FCC offre des sites interstitiels plus grands et plus favorables ; il dissout donc beaucoup plus de carbone que la ferrite. Cette capacité à retenir le carbone est essentielle dans le traitement thermique des aciers : l’austénitisation vise à introduire le carbone dans γ avant que le refroidissement ne détermine s’il se forme de la perlite, de la bainite, de la martensite ou un autre mélange. Dans le fer pur, le document de l’Université de Cambridge intitulé *Aciers inoxydables : équilibres de phases*, publié en 2005, situe l’austénite FCC entre environ 910 et 1400 °C. Cet intervalle est spécifique au fer pur et ne constitue pas une plage universelle pour les aciers. Le fer pur fond à environ 1539 °C, tandis que le carbone et les additions d’alliage déplacent les limites de phase et les températures de transformation. **La cémentite**, Fe₃C, est un carbure de fer doté d’une structure cristalline orthorhombique. Il s’agit d’une phase composée contenant environ 6,67 % massique de carbone, soit bien davantage que la teneur globale des aciers de construction ordinaires. La cémentite est dure et fragile, et sa quantité, sa forme, son espacement et sa continuité influencent fortement le comportement mécanique. La source de Cambridge intitulée *Interprétation de la microstructure des aciers* (2008) identifie directement les trois structures : l’austénite est FCC, la ferrite est BCC et la cémentite est du Fe₃C orthorhombique. Ces appellations décrivent des structures cristallines, et non simplement l’aspect observé au microscope. Un grain de ferrite constitue une seule phase, même s’il contient des défauts ou de faibles concentrations de solutés. Les particules de cémentite présentes dans la ferrite restent une phase distincte, car leur composition et leur structure cristalline diffèrent. ### La composition et la réaction eutectoïdes \[1\] \[1\] [**Materials Science & Metallurgy**](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2002/MP10-6.pdf). University of Cambridge. University of Cambridge phase-trans materials, 2002. Le point eutectoïde constitue un exemple utile pour organiser ces notions. Le document de l’Université de Cambridge intitulé *Science des matériaux et métallurgie*, publié en 2002, donne environ 0,8 % massique de carbone et 723 °C pour la réaction γ→α+Fe3⁢C. Ces deux valeurs sont approximatives et dépendent de la source. Les diagrammes publiés peuvent présenter des valeurs légèrement différentes en raison des états de référence, des données expérimentales, des hypothèses concernant les alliages ou de la convention utilisée pour définir une température critique. La notation elle-même est plus importante que le fait de considérer 0,8 % massique et 723 °C comme des constantes exactes. À la composition eutectoïde, l’austénite se transforme en ferrite et en cémentite lorsque la température franchit par refroidissement la température eutectoïde d’équilibre. Dans des conditions de refroidissement appropriées, ces phases s’organisent en plaques ou lamelles alternées appelées **perlite**. La perlite n’est ni une troisième structure cristalline ni une phase unique. Chaque lamelle de ferrite est BCC ; chaque lamelle de cémentite est constituée de Fe₃C orthorhombique. Le motif observé à l’échelle d’une colonie est un produit de transformation ou un constituant microstructural issu de la croissance coopérative de deux phases. La vitesse de refroidissement modifie l’espacement et parfois le produit lui-même. Un refroidissement lent permet au carbone de diffuser sur de plus grandes distances et tend à produire une perlite relativement grossière. Un refroidissement plus rapide peut produire une perlite plus fine, de la bainite ou, si la diffusion est largement empêchée, de la martensite. ASM International cite la perlite, la bainite, la martensite, la ferrite proeutectoïde et la cémentite proeutectoïde parmi les principaux produits formés à partir de l’austénite. \[2\] \[2\] [**Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel**](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/IR/nistir3964.pdf). National Institute of Standards and Technology. NIST Interagency Report, 1990. C’est pourquoi l’expression « température de transformation de l’acier » est incomplète. Un diagramme d’équilibre fournit des valeurs telles que Ae₁, la température eutectoïde d’équilibre, tandis que le chauffage et le refroidissement produisent des températures Ac et Ar qui peuvent différer. Le document d’ASM intitulé *Plages de températures critiques*, publié en 2024, indique que, lors d’un refroidissement lent, les températures critiques de chauffage peuvent être environ 33 °C plus élevées que les valeurs mesurées au refroidissement. Les diagrammes de transformation isotherme décrivent un maintien à une température choisie ; les diagrammes de transformation en refroidissement continu (CCT) décrivent un refroidissement ininterrompu. L’étude du NIST intitulée *Caractéristiques de la transformation en refroidissement continu de l’acier SAE 1141*, publiée en 1990, montre comment un diagramme CCT peut servir à estimer la trempabilité et à prévoir la microstructure à température ambiante, ainsi que les propriétés de résistance, de dureté, d’usinabilité et de tenue en fatigue. Le silicium constitue une mise en garde supplémentaire contre l’utilisation de valeurs fixes. ASM indique que le silicium élève la plage des températures de transformation, réduit la solubilité du carbone dans l’austénite et tend à dissocier le carbure de fer. La composition modifie les domaines avant même le début du cycle thermique dans le four. ### Ferrite proeutectoïde et cémentite proeutectoïde Les aciers dont la teneur en carbone est inférieure à la composition eutectoïde sont des **aciers hypoeutectoïdes**. Lors du refroidissement à partir de l’austénite, la ferrite se forme en premier, avant que l’austénite restante n’atteigne la composition eutectoïde. Cette ferrite formée précocement est appelée **ferrite proeutectoïde**. À la température eutectoïde, l’austénite résiduelle se transforme ensuite en perlite. Une structure hypoeutectoïde finale contient donc généralement de la ferrite proeutectoïde et de la perlite, bien que la vitesse de refroidissement et les éléments d’alliage puissent entraîner la formation de bainite ou de martensite. Les aciers dont la teneur en carbone est supérieure à la composition eutectoïde sont des **aciers hypereutectoïdes**. La cémentite se forme en premier à partir de l’austénite, généralement le long des anciens joints de grains austénitiques ou sur d’autres sites favorables. Il s’agit de la **cémentite proeutectoïde**. L’austénite restante acquiert une composition eutectoïde et se transforme en perlite lors du refroidissement ultérieur. La structure obtenue contient généralement de la cémentite proeutectoïde et de la perlite. Le terme « proeutectoïde » signifie « formé avant la réaction eutectoïde », et non « formé avant l’existence de l’austénite ». Les deux produits se forment à partir de l’austénite au cours du refroidissement. Leur quantité dépend de la composition et du parcours à travers les domaines de phases, tandis que leur morphologie dépend de la germination, de la diffusion, de la taille des grains et de la vitesse de refroidissement. Si le refroidissement est suffisamment rapide, la décomposition eutectoïde peut être évitée. Le document de Cambridge consacré à la microstructure des aciers (2008) distingue ces réactions reconstructives contrôlées par la diffusion des transformations displacives ; la martensite peut se former sans la diffusion chimique à longue distance nécessaire à la formation de la perlite. Le carbone influe également sur les températures de début et de fin de formation de la martensite ainsi que sur la fraction d’austénite retenue, comme l’indique le document de Cambridge intitulé *Diagramme temps–température–transformation de l’acier*, publié en 2012. ## Formation de l’austénite lors du chauffage L’austénite n’apparaît pas à une température universelle unique. Sa formation dépend de la teneur en carbone, des éléments d’alliage ajoutés, de la vitesse de chauffage, du temps de maintien et de la structure ferrito-perlitique ou revenue présente avant le chauffage. La phase elle-même est le fer γ à structure cubique à faces centrées ; la ferrite est le fer α à structure cubique centrée, tandis que la cémentite est le composé orthorhombique Fe₃C, comme l’indique l’ouvrage de l’Université de Cambridge, *Interprétation de la microstructure des aciers* (2008). Le chauffage modifie à la fois la structure cristalline et la répartition du carbone entre ces phases. Les symboles Ac1, Ac3 et Accm désignent des températures critiques pratiques mesurées ou observées pendant le chauffage. Le « c » indique le chauffage, tandis que le « 1 » marque le début de la formation de l’austénite. Ac1 est donc la température à laquelle l’austénite commence à se former à partir de la ferrite et de la perlite, ou à partir de la perlite et de la cémentite dans un acier hypereutectoïde. Ac3 est la température à laquelle la dernière ferrite proeutectoïde disparaît dans un acier hypoeutectoïde. Accm constitue la limite supérieure correspondante pour un acier hypereutectoïde : au-dessus de cette température, la cémentite est entrée en solution et la structure est entièrement austénitique, à l’exception des carbures d’alliage non dissous. Ces températures ne sont pas identiques à Ae1, Ae3 et Aecm. La notation Ae fait référence aux conditions d’équilibre, dans lesquelles les proportions des phases peuvent s’ajuster par diffusion pour une composition et une température définies. Les valeurs Ac décrivent un parcours réel de chauffage ; elles varient donc en fonction de la vitesse de chauffage, de la taille de l’éprouvette, de son état initial et de la méthode de mesure. ASM International indique que, lors d’un refroidissement lent, les températures critiques au chauffage peuvent être supérieures d’environ 33 °C aux valeurs mesurées au refroidissement (*Plages de températures critiques*, 2024). Toute valeur publiée de Ac1 ou Ac3 doit donc être associée à une composition d’acier et à une condition d’essai. ### Franchissement de Ac1, Ac3 et Accm Dans un acier hypoeutectoïde, tel qu’une nuance de construction courante à faible teneur en carbone, la structure initiale contient généralement de la ferrite et de la perlite. À proximité de la composition eutectoïde, les colonies de perlite commencent à se transformer à Ac1. À environ 0,8 % massique de carbone et 723 °C, la réaction eutectoïde à l’équilibre est γ → α + Fe₃C, selon le document de l’Université de Cambridge *Science des matériaux et métallurgie* (2002). Le chauffage inverse cette réaction : la ferrite et la cémentite présentes dans la perlite sont consommées pour former de l’austénite. La transformation ne se produit pas sous la forme d’un front parfaitement net. L’austénite germe aux interfaces ferrite–cémentite, aux limites des colonies de perlite et sur d’autres sites à forte énergie. Elle croît ensuite dans la ferrite environnante. Comme le carbone diffuse beaucoup plus rapidement dans l’austénite que les éléments d’alliage substitutionnels, la concentration en carbone devient hétérogène au stade initial. La dernière ferrite ne se dissout que lorsque la température augmente jusqu’à Ac3. En dessous de Ac3, le mélange est constitué d’austénite et de ferrite proeutectoïde ; au-dessus de Ac3, la matrice est austénitique. Un acier hypereutectoïde suit un parcours différent. La perlite se transforme après Ac1, mais la cémentite proeutectoïde subsiste autour des anciens joints de grains austénitiques ou au sein de la structure. L’austénite n’est pas complètement formée tant que la température n’a pas dépassé Accm et que la cémentite ne s’est pas suffisamment dissoute. Un chauffage juste au-dessus de Ac1 peut donc laisser une austénite contenant une fraction importante de cémentite. Qualifier cet état d’« entièrement austénitisé » est incorrect. Pour le fer pur, les données d’équilibre des phases de Cambridge situent l’austénite cubique à faces centrées entre environ 910 et 1400 °C, la fusion se produisant vers 1539 °C. L’acier ne suit pas ces limites du fer pur : le carbone et les éléments d’alliage déplacent les frontières, et le chauffage industriel se déroule souvent loin de l’équilibre. La question pratique n’est pas simplement de savoir si un four a atteint une température indiquée dans un tableau. Il faut déterminer si les phases requises ont eu suffisamment de temps pour se transformer dans toute la section. ### Dissolution du carbone et redistribution des carbures Le carbone doit quitter la cémentite et diffuser dans l’austénite en croissance. Une structure perlitique fine se transforme généralement plus rapidement qu’une perlite grossière, car elle offre une plus grande surface d’interface ferrite–cémentite et des distances de diffusion plus courtes. L’écrouissage préalable, la taille des grains, la ségrégation et un traitement de revenu antérieur modifient également les sites de germination et les vitesses de dissolution. #### Limite de mise en œuvre Ne pas considérer qu’une température de four supérieure à Ac1, Ac3 ou Accm prouve que la section est entièrement austénitisée. Le retard thermique, la dimension de la section, la structure initiale, les carbures d’alliage et le temps de maintien peuvent laisser le composant chimiquement et structuralement non uniforme. Après Ac1, l’austénite nouvellement formée peut contenir moins de carbone que la valeur d’équilibre à cette température, tandis que les régions proches de la cémentite en cours de dissolution en contiennent davantage. Le maintien permet la redistribution du carbone. Un temps insuffisant peut laisser de la cémentite non dissoute, une austénite pauvre en carbone ou des gradients locaux de composition. Une température ou un temps de maintien excessifs peuvent agrandir les anciens grains austénitiques, même lorsque la dissolution est déjà complète. Les carbures d’alliage ralentissent le processus. Les carbures contenant du chrome, du molybdène, du vanadium, du niobium ou du titane peuvent rester stables bien au-dessus de la température nécessaire pour dissoudre la Fe₃C ordinaire. Leur persistance peut être intentionnelle, mais elle signifie qu’une « température d’austénitisation » nominale ne garantit pas que chaque particule contenant du carbone soit entrée en solution. Le carbone et les atomes substitutionnels ségrègent également pendant la coulée et les opérations antérieures de mise en forme ; les températures locales de transformation peuvent donc différer au sein d’un même composant. ### Effet du silicium et des éléments d’alliage Le silicium illustre clairement pourquoi la composition doit accompagner toute température de transformation. ASM International indique que le silicium élève la plage des températures de transformation, diminue la solubilité du carbone dans l’austénite et tend à dissocier le carbure de fer. Dans les aciers alliés au silicium, la stabilité de la cémentite et le partage du carbone diffèrent donc de ceux observés dans un acier au carbone non allié. Il peut en résulter une limite pratique de chauffage plus élevée, une dissolution modifiée des carbures et une plus grande tendance du carbone à rester réparti entre l’austénite et les autres constituants pendant le cycle thermique. Le manganèse abaisse généralement les températures critiques de transformation et augmente la trempabilité, tandis que le nickel stabilise l’austénite ; le chrome, le molybdène, le vanadium, le niobium et le titane peuvent former des carbures ou des nitrures stables. L’effet combiné ne peut pas être déduit d’un seul élément considéré isolément. La vitesse de chauffage joue également un rôle : un chauffage rapide peut produire des valeurs Ac observées plus élevées, car la diffusion et la germination prennent du retard par rapport à la température du four. L’austénite ainsi obtenue commande les transformations ultérieures. Au refroidissement, elle peut former de la perlite, de la bainite, de la ferrite proeutectoïde, de la cémentite proeutectoïde ou de la martensite, selon la composition et le parcours de refroidissement. Le rapport du NIST *Caractéristiques de transformation en refroidissement continu de l’acier SAE 1141* (1990) montre pourquoi on utilise un diagramme CCT pour estimer la trempabilité et prévoir la microstructure à température ambiante, la résistance, la dureté, l’usinabilité et les propriétés de fatigue. La formation de l’austénite constitue la condition de départ, et non une garantie d’obtenir une structure finale particulière. ## Produits issus du refroidissement : perlite, bainite, martensite et phases proeutectoïdes La vitesse de refroidissement et la température finale déterminent si l’acier forme des produits reconstructifs, de la bainite, de la martensite ou des mélanges. | Condition de refroidissement ou produit | Mécanisme dominant | Résultat typique décrit dans l’article | |---|---|---| | Refroidissement lent | Transformation reconstructive contrôlée par la diffusion | Ferrite ou cémentite proeutectoïde et perlite | | Refroidissement intermédiaire | Modification displacive du réseau du fer avec redistribution du carbone | Bainite | | Refroidissement rapide | Transformation displacive coordonnée avec une diffusion à longue distance limitée | Martensite | | Le refroidissement s’arrête au-dessus de Mf | La transformation martensitique reste incomplète | Austénite retenue | | Parcours de refroidissement mixte | Plusieurs plages de transformation sont franchies | Ferrite, perlite, bainite, martensite ou austénite retenue en mélange | L’austénite ne possède pas un unique produit de refroidissement inévitable. Le résultat dépend de la teneur en carbone et en éléments d’alliage, de la taille des grains d’austénite antérieure, des conditions de chauffage, de la vitesse de refroidissement et du temps passé à chaque température. ASM International identifie la perlite, la bainite, la martensite, la ferrite proeutectoïde et la cémentite proeutectoïde comme les principaux produits de la transformation de l’austénite. Ces termes ne désignent pas tous le même type d’entité : la ferrite et la cémentite sont des phases, la perlite et la bainite sont des produits de transformation contenant plus d’une phase, et la martensite est une phase sursaturée formée par un mécanisme différent. La réaction eutectoïde bien connue illustre cette distinction. L’University of Cambridge, *Materials Science & Metallurgy* (2002), situe la réaction à environ 0,8 % massique de carbone et 723 °C : γ→α+Fe3⁢C Ici, γ est l’austénite cubique à faces centrées, α est la ferrite cubique centrée, et Fe₃C est la cémentite orthorhombique, comme l’explique *Interpretation of the Microstructure of Steels* (2008) de Cambridge. La température constitue une référence d’équilibre, et non un point de commutation universel. La transformation réelle peut commencer en dessous ou au-dessus de cette valeur, selon le chemin thermique et la composition. ### La perlite en tant que produit reconstructif contrôlé par la diffusion La perlite se forme lorsque l’austénite se décompose de manière coopérative en ferrite et en cémentite alternées. Le carbone doit se redistribuer : la ferrite ne peut dissoudre qu’une faible quantité de carbone, tandis que la cémentite en accommode beaucoup davantage. Le réseau de fer se reconstruit également, passant de l’arrangement cubique à faces centrées de l’austénite à la structure cubique centrée de la ferrite. Il s’agit donc d’une transformation reconstructive contrôlée par la diffusion, plutôt que d’un simple changement de forme du réseau existant. Le caractère coopératif est important. La formation de ferrite rejette du carbone dans l’austénite voisine, ce qui augmente localement la concentration en carbone et favorise la formation de cémentite à proximité. La formation de cémentite crée à son tour des conditions permettant la croissance de la ferrite adjacente. Les colonies ainsi formées contiennent des lamelles dont l’espacement dépend fortement de la température de transformation. Des températures de transformation plus élevées produisent généralement une perlite plus grossière ; des températures plus basses produisent une perlite plus fine, car la distance de diffusion disponible est plus courte. La vitesse de refroidissement ne modifie pas seulement la température de début de transformation, mais aussi l’espacement, la fraction et la morphologie du produit. Dans les aciers hypoeutectoïdes, la ferrite proeutectoïde se forme avant que l’austénite restante n’atteigne la composition eutectoïde. Elle croît préférentiellement le long des joints de grains de l’austénite antérieure et extrait du carbone de l’austénite non transformée, rendant progressivement cette dernière plus riche en carbone. Dans les aciers hypereutectoïdes, c’est la cémentite proeutectoïde qui se forme, généralement le long des joints de grains de l’austénite, tandis que l’austénite restante devient moins riche en carbone que l’alliage initial avant de se transformer en perlite. La structure finale peut donc contenir de la ferrite et de la perlite, ou de la cémentite et de la perlite, plutôt que de la perlite seule. Les termes Ae1, Ae3 et Aecm désignent des limites d’équilibre : Ae1 est la limite eutectoïde, Ae3 sépare l’austénite de l’austénite accompagnée de ferrite proeutectoïde dans les compositions appropriées, et Aecm indique la limite correspondante de la cémentite. Les températures critiques de chauffage et de refroidissement ne coïncident pas nécessairement. ASM International indique dans *Critical Temperature Ranges* (2024) que, lors d’un refroidissement lent, les températures critiques de chauffage peuvent être environ 33 °C plus élevées que les valeurs de refroidissement. La cinétique et l’hystérésis thermique ne sont pas des erreurs du diagramme de phases ; elles font partie intégrante de la transformation. ### La bainite et la condition T₀ La bainite occupe la zone intermédiaire souvent masquée par les diagrammes simplifiés. Sa croissance est sans diffusion en ce qui concerne le réseau de fer : les atomes de fer se déplacent de manière coordonnée et displacive, plutôt que de diffuser individuellement sur de longues distances. Le carbone ne devient toutefois pas sans importance. La ferrite sursaturée formée lors de la modification initiale du réseau doit redistribuer le carbone, généralement dans l’austénite ou sous forme de carbure, selon la composition de l’acier et les conditions de transformation. La bainite n’est donc ni une perlite à espacement plus fin, ni une martensite formée à une température plus élevée. Température T₀ **Température T₀** Température à laquelle l’austénite et la ferrite bainitique de composition identique ont la même énergie libre ; en dessous de cette température, la transformation bainitique considérée est thermodynamiquement permise. L’University of Cambridge, dans *The Bainite Reaction* (2024), décrit la croissance de la bainite comme étant sans diffusion en ce qui concerne le réseau de fer et thermodynamiquement possible en dessous de la température T₀. T₀ est la température à laquelle l’austénite et la ferrite bainitique de composition chimique identique possèdent la même énergie libre. En dessous de T₀, la ferrite bainitique de cette composition inchangée possède une énergie libre plus faible que l’austénite ; l’étape displacive est donc thermodynamiquement permise. Au-dessus de T₀, la transformation à composition identique ne bénéficie pas de cette force motrice. Cette condition ne signifie pas que tout alliage se transforme en bainite dès qu’il franchit T₀. Les barrières de nucléation, la partition du carbone, la précipitation des carbures, les additions d’éléments d’alliage, les défauts et le temps disponible influencent tous la réaction. La structure bainitique finale peut comprendre de la ferrite et des carbures, et son aspect dépend de la formation ou non de carbures entre les plaquettes de ferrite, cette formation pouvant être inhibée par la composition et le traitement. Le silicium, par exemple, élève l’intervalle de températures de transformation, diminue la solubilité du carbone dans l’austénite et tend à dissocier le carbure de fer ; de tels effets modifient le chemin de transformation et le produit, plutôt que de simplement déplacer une température fixe. Un diagramme de transformation en fonction du temps et de la température représente ces limites cinétiques au moyen de courbes en C. Un diagramme de transformation en refroidissement continu fournit une réponse différente, car l’éprouvette traverse différentes températures tandis que la transformation se poursuit. Le document de NIST, *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990), indique qu’un diagramme CCT peut servir à estimer la trempabilité et à prévoir la microstructure à température ambiante, ainsi que les propriétés de résistance, de dureté, d’usinabilité et de fatigue. C’est cette utilisation prédictive qui explique qu’une vitesse de refroidissement ne puisse pas être remplacée par une unique « température de bainite ». ### La martensite en tant que transformation displacive athermique ![Températures et phases de transformation de l’acier](/images/uploads/4f4a4ba0-d202-4ace-b34a-46aba4087485/wiki-inline-the-displacive-transformation-of-face-centred-cubic-austenite-into-carbon-supers-1920x1920.jpg)[](/images/uploads/4f4a4ba0-d202-4ace-b34a-46aba4087485/wiki-inline-the-displacive-transformation-of-face-centred-cubic-austenite-into-carbon-supers-1920x1920.avif "Agrandir l'image — Températures et phases de transformation de l’acier")Martensite forms by coordinated lattice displacement rather than long-range carbon diffusion. La martensite se forme par cisaillement et réarrangement coordonnés du réseau de l’austénite. Elle est displacive : les atomes de fer se déplacent sur de petites distances, sans la diffusion chimique à longue portée nécessaire à la formation de la perlite. Le carbone est piégé dans le réseau transformé, ce qui produit une sursaturation et une distorsion. Dans l’acier au carbone, la martensite obtenue est généralement décrite comme une structure quadratique centrée, bien que sa tétragonalité varie avec la teneur en carbone et le revenu. La martensite commence à se former à la température de début de formation de la martensite, Ms, lorsque le chemin de refroidissement fournit une force motrice suffisante pour la nucléation. La transformation est dite athermique, car la quantité formée dépend principalement de la température atteinte et non du temps de maintien à une température fixe. Ms est donc une température de transformation, et non la garantie que toute l’austénite s’est transformée. Une poursuite du refroidissement produit généralement davantage de martensite, mais une partie de l’austénite peut subsister à température ambiante. \[3\] \[3\] [**Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel**](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2012/Manna/Part2.pdf). University of Cambridge. University of Cambridge phase-trans materials, 2012. Mf, la température de fin de formation de la martensite, présente la même limitation. Elle indique une plage extrapolée ou mesurée d’achèvement de la réaction martensitique dans des conditions spécifiées, et non la garantie absolue de l’absence d’austénite retenue. Le document de Cambridge *Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel* (2012) montre spécifiquement que le carbone influe sur Ms, Mf et les fractions d’austénite retenue. Les éléments d’alliage et les transformations antérieures modifient également le résultat. Un refroidissement rapide peut inhiber les produits reconstructifs et permettre la formation de martensite, mais la notion de « rapidité » dépend de la nuance. Le diagramme CCT d’un acier peut montrer la formation de perlite ou de bainite avant Ms pour une vitesse de refroidissement donnée, et la formation de martensite pour une autre. Ainsi, la sélection des phases dépend de l’ensemble de l’histoire thermique : les températures d’équilibre identifient les états possibles, les diagrammes TTT décrivent la cinétique isotherme et les diagrammes CCT décrivent le refroidissement continu réel. La température seule ne permet jamais de rendre compte de toute l’histoire microstructurale. ## Diagrammes TTT : ce que les données de transformation isotherme peuvent et ne peuvent pas montrer Un diagramme temps-température-transformation (TTT) enregistre ce qui se produit lorsque l’austénite est portée à une température choisie et y est maintenue. Il ne s’agit pas d’un tableau universel de températures de transformation fixes. Les courbes s’appliquent à une composition d’acier, à un traitement d’austénitisation, à une taille de grain initiale et à une définition expérimentale données du début et de la fin de la transformation. Pour construire le diagramme, une éprouvette est d’abord chauffée suffisamment loin dans le domaine austénitique afin de produire la structure γ requise. Elle est ensuite trempée rapidement jusqu’à une température de maintien choisie. La trempe doit éviter toute transformation pendant la baisse de température. À la température de maintien, l’éprouvette est conservée dans des conditions isothermes tandis que l’évolution de sa structure est détectée par dilatométrie, métallographie, réponse magnétique ou une autre méthode de mesure. Le moment où la transformation devient détectable est reporté comme point de début ; le moment où la fraction choisie est considérée comme achevée est reporté comme point de fin. La répétition de cette procédure à de nombreuses températures produit les courbes familières. Le résultat distingue les produits de transformation, les phases et les températures. L’austénite est une phase : du fer γ cubique à faces centrées contenant du carbone et des éléments d’alliage. La perlite et la bainite sont des produits de transformation, constitués normalement de ferrite et de carbure selon des arrangements différents. La martensite est également un produit de transformation, formé à partir de l’austénite par une modification displacive du réseau cristallin. Dans la réaction eutectoïde, à environ 0,8 % massique de carbone et 723 °C, l’austénite se transforme selon γ → α + Fe₃C, comme l’a décrit l’University of Cambridge (2002). Cambridge identifie la ferrite comme une phase cubique centrée et la cémentite comme du Fe₃C orthorhombique. ### Lecture des courbes en C La température figure sur l’axe vertical et le temps, généralement logarithmique, sur l’axe horizontal. Un acier est austénitisé, refroidi rapidement jusqu’à un point du diagramme, puis maintenu à température constante. Si cette ligne horizontale coupe d’abord une courbe de début de transformation à 650 °C, le temps écoulé jusqu’à cette intersection est la période d’incubation précédant la transformation détectable. La poursuite du maintien fait évoluer la structure vers la courbe de fin correspondante. La région située entre les deux courbes représente un mélange d’austénite non transformée et de produit de transformation, et non une phase unique ayant une température précisément définie. Les courbes se recourbent généralement vers les temps courts à une température intermédiaire, formant un « nez ». La transformation est la plus rapide près de ce nez, car la force motrice est importante tandis que le déplacement atomique reste suffisamment rapide. À des températures plus élevées, la faible force motrice ralentit la germination ; à des températures plus basses, la diffusion réduite ralentit le processus de croissance. Le nez indique donc une condition temps-température, et non une température critique unique. Un maintien horizontal au-dessus de la plage pertinente peut produire de la perlite grossière ; un maintien à une température plus basse peut produire de la perlite plus fine ou de la bainite, selon la composition et le diagramme. Les limites exactes varient avec la teneur en carbone, en manganèse, en chrome, en molybdène et en silicium, ainsi qu’avec la taille du grain d’austénite initiale et la pratique d’austénitisation. Le silicium, par exemple, élève la plage de températures de transformation, réduit la solubilité du carbone dans l’austénite et tend à dissocier le carbure de fer. De plus, les températures critiques au chauffage et au refroidissement ne coïncident pas nécessairement : ASM International (2024) indique que, lors d’un refroidissement lent, les températures critiques au chauffage peuvent être supérieures d’environ 33 °C aux valeurs observées au refroidissement. Une courbe TTT ne peut pas être transposée directement à un composant qui refroidit continûment. Un four, un bain d’huile, une soudure ou une section épaisse suit une trajectoire température-temps inclinée plutôt qu’un maintien horizontal. Au cours de cette trajectoire, le matériau peut traverser des températures auxquelles la transformation commence, mais le temps disponible varie continuellement. Un diagramme de transformation en refroidissement continu (CCT) est l’outil approprié pour ce problème. L’étude du NIST (1990) consacrée à l’acier SAE 1141 utilise des données CCT pour estimer la trempabilité et prédire la microstructure à température ambiante ainsi que les propriétés de résistance, de dureté, d’usinabilité et de tenue en fatigue. Un diagramme TTT peut néanmoins fournir des indications, mais son application au refroidissement continu doit être soumise à validation, souvent au moyen de courbes de refroidissement calculées ou de données CCT déterminées expérimentalement. ### Régions de transformation reconstructive et displacive Les différentes courbes en C présentes sur de nombreux diagrammes d’aciers reflètent des mécanismes différents, et non pas seulement des appellations différentes pour un même phénomène. Les transformations reconstructives exigent que les atomes franchissent des interfaces et se réarrangent par des processus impliquant la diffusion. La perlite en est l’exemple classique : la ferrite et la cémentite se forment tandis que le carbone se répartit et que le réseau de fer passe de régions austénitiques à des régions ferritiques. La ferrite proeutectoïde ou la cémentite proeutectoïde appartiennent également à cette famille contrôlée par la diffusion lorsqu’elles se forment avant la réaction eutectoïde. La bainite occupe une région différente. *The Bainite Reaction* de Cambridge (2024) indique que la croissance de la bainite est sans diffusion en ce qui concerne le réseau de fer et qu’elle est thermodynamiquement possible en dessous de la température T₀, à laquelle la bainite de même composition possède une énergie libre inférieure à celle de l’austénite. La transformation associe donc une modification displacive du réseau de fer à une redistribution ou à des processus de précipitation du carbone qui déterminent la structure bainitique finale. Elle ne doit pas être considérée simplement comme une « perlite fine ». La martensite se forme lorsque l’austénite est refroidie suffisamment rapidement pour supprimer les transformations reconstructives. Son réseau cristallin se modifie par déplacement coordonné, pratiquement sans diffusion à longue distance pendant la formation. La région martensitique est par conséquent représentée par des températures plutôt que par des courbes ordinaires dépendant du temps. ### Ms, Mf et austénite retenue **Ms**, la température de début de formation de la martensite, est atteinte lorsque le refroidissement de l’austénite permet à la martensite de commencer à se former. La transformation est athermique dans la plage considérée : la quantité formée dépend principalement de la température atteinte et non de la durée du maintien à une température constante. **Mf**, la température de fin de formation de la martensite, est la température nominale à laquelle la transformation martensitique définie est achevée. Mf peut être inférieure à la température ambiante. Dans ce cas, le refroidissement jusqu’à la température ambiante laisse une partie de l’austénite non transformée. Il s’agit d’austénite retenue, et non d’une phase d’équilibre distincte sélectionnée par une simple consultation de température. Elle résulte de la composition et de la trajectoire de refroidissement, et sa quantité peut évoluer lors d’un revenu ultérieur, en service ou sous déformation. Le carbone exerce une forte influence sur ces trois grandeurs. Les données TTT de l’University of Cambridge (2012) montrent que le carbone influe sur Ms, Mf et la fraction d’austénite retenue : l’augmentation de la teneur en carbone abaisse généralement Ms et Mf et accroît la fraction d’austénite subsistant après un traitement de refroidissement donné. Les éléments d’alliage et les traitements antérieurs modifient également le résultat. Ainsi, une ligne repérée Ms sur un diagramme donné correspond à cet acier et à ses conditions d’essai ; elle ne peut pas être reproduite sans précaution sur une autre nuance ou un autre composant. ## Diagrammes CCT et réalité des trajectoires de refroidissement industrielles ### Refroidissement continu à travers les plages de transformation Un diagramme temps-température-transformation (TTT) décrit ce qui se produit lorsque l’austénite est maintenue à une température donnée. Cette condition est utile pour étudier les transformations isothermes, mais elle ne correspond pas à l’histoire thermique habituelle d’un composant en acier. Les pièces forgées quittent la matrice et perdent continuellement de la chaleur. Les produits laminés refroidissent à travers un champ de température variable. Les aciers normalisés et recuits traversent des plages de transformation pendant le refroidissement au four ou à l’air, tandis que les pièces trempées franchissent souvent rapidement ces plages avant d’atteindre la température de début de formation de la martensite, Ms. ![Températures et phases de transformation de l’acier](/images/uploads/66c0e349-3ed2-48a5-8ae9-a419f18ae2f5/wiki-inline-a-steel-heat-treatment-technician-tracing-a-real-cooling-curve-from-a-hot-compon-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/66c0e349-3ed2-48a5-8ae9-a419f18ae2f5/wiki-inline-a-steel-heat-treatment-technician-tracing-a-real-cooling-curve-from-a-hot-compon-1920x1288.avif "Agrandir l'image — Températures et phases de transformation de l’acier")Continuous cooling follows a changing path through the transformation ranges. Un diagramme de transformation en refroidissement continu (CCT) constitue donc souvent une représentation plus pratique. Ses limites de début et de fin de transformation sont tracées en fonction d’une température qui diminue continuellement. Une courbe de refroidissement superposée au diagramme montre quand, et pendant combien de temps, l’austénite se trouve dans la plage de températures où peut se former un produit donné. La courbe peut entrer dans une région de début de formation de la ferrite, se poursuivre dans une zone de formation de la perlite, traverser une région de bainite, puis franchir Ms, de sorte que l’austénite restante se transforme en martensite. La structure finale peut donc être un mélange plutôt qu’une seule phase ou un seul produit de transformation. Cette distinction est importante, car la ferrite, la perlite, la bainite et la martensite ne se forment pas selon le même mécanisme. De la ferrite ou de la cémentite proeutectoïde peut se former avant la réaction eutectoïde dans les aciers hypoeutectoïdes ou hypereutectoïdes. À proximité de la composition eutectoïde, soit environ 0,8 % massique de carbone et 723 °C, l’austénite subit la transformation γ → α + Fe₃C, selon les documents *Materials Science & Metallurgy* de l’Université de Cambridge (2002). Ici, α désigne la ferrite et Fe₃C la cémentite. Le document *Interpretation of the Microstructure of Steels* de Cambridge (2008) identifie l’austénite comme une phase cubique à faces centrées, la ferrite comme une phase cubique centrée et la cémentite comme Fe₃C orthorhombique. À plus basse température, la bainite peut se former par une transformation sans diffusion relativement au réseau de fer, bien que la redistribution du carbone demeure importante pour la réaction et les produits obtenus. Le document *The Bainite Reaction* de Cambridge (2024) indique que la croissance de la bainite est thermodynamiquement possible en dessous de la température T₀, à laquelle la bainite possède une énergie libre inférieure à celle de l’austénite de composition identique. Si le refroidissement est suffisamment rapide, les produits contrôlés par la diffusion peuvent être évités. Le réseau austénitique se transforme alors par déplacement en martensite, à partir de Ms ; la formation de la martensite est athermique, de sorte que la quantité formée dépend principalement de l’ampleur de l’abaissement de la température sous Ms plutôt que de la durée de maintien à une température donnée. Une courbe CCT n’est pas non plus une propriété universelle de « l’acier ». La température d’austénitisation, la durée de maintien, la structure ferrito-perlitique ou bainitique antérieure, la taille des grains, la teneur en éléments d’alliage et le milieu de refroidissement influencent tous le résultat. Le silicium, par exemple, élève la plage des températures de transformation, réduit la solubilité du carbone dans l’austénite et tend à dissocier le carbure de fer. Même les températures critiques mesurées au chauffage et au refroidissement ne coïncident pas nécessairement : le document *Critical Temperature Ranges* d’ASM International (2024) indique que, lors d’un refroidissement lent, les températures critiques au chauffage peuvent être supérieures d’environ 33 °C aux valeurs mesurées au refroidissement. ### L’exemple de l’acier SAE 1141 Le rapport du National Institute of Standards and Technology intitulé *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990) fournit un exemple pratique utile. Le SAE 1141 est un acier au carbone moyen resulfuré, généralement désigné par la nuance SAE/AISI 1141. Son ajout de soufre améliore l’usinabilité, mais cette nuance reste soumise à l’interaction complète entre la teneur en carbone, l’état de l’austénite, la vitesse de refroidissement et la géométrie de la section. Dans l’étude du NIST, les données CCT servent à relier les trajectoires de refroidissement de l’austénite à la structure à température ambiante, plutôt qu’à attribuer une température de transformation unique à la nuance. Une trajectoire relativement lente peut croiser les régions de la ferrite et de la perlite avant d’atteindre les basses températures. Une trajectoire plus rapide peut supprimer certaines de ces réactions, voire toutes, entrer dans une région de formation de la bainite ou éviter toute transformation diffusionnelle jusqu’au franchissement de Ms et à la formation de martensite. Si la courbe de refroidissement croise plusieurs régions de début de transformation, l’acier obtenu peut contenir de la ferrite proeutectoïde et de la perlite, de la perlite et de la bainite, de la bainite et de la martensite, ou plusieurs produits simultanément. L’austénite qui n’est pas transformée lorsque le refroidissement s’arrête peut subsister sous forme d’austénite retenue. Cette dernière fraction n’est pas un détail négligeable. Le document *Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel* de Cambridge (2012) identifie spécifiquement le carbone comme un élément influençant Ms, la température de fin de formation de la martensite, Mf, ainsi que la fraction d’austénite retenue. Si l’acier est refroidi uniquement jusqu’à une température supérieure à Mf, une partie de l’austénite peut subsister. Elle peut ensuite se transformer au cours du service, de l’usinage ou d’un traitement thermique ultérieur, ce qui modifie les dimensions et les contraintes. L’étude du SAE 1141 réalisée par le NIST met directement en évidence le point pratique suivant : un diagramme CCT d’un acier peut servir à estimer la trempabilité et à prévoir la microstructure à température ambiante, la résistance, la dureté, l’usinabilité et les propriétés de fatigue. Ces prévisions sont des estimations et ne remplacent pas la vérification du cycle thermique et de la section réels. Une courbe de refroidissement en surface peut passer largement à gauche des limites de transformation, tandis que le centre refroidit plus lentement et forme de la ferrite et de la perlite. Une même pièce peut donc présenter une couche superficielle martensitique dure et un cœur mixte plus tendre. ### Trempabilité, dimensions de la section et prévision des propriétés #### Trempabilité et dureté La dureté décrit la résistance à l’indentation ou à la déformation dans une condition donnée. La trempabilité décrit la capacité d’un acier à former de la martensite, ainsi que la profondeur sur laquelle il peut le faire, dans le cadre d’un traitement d’austénitisation et d’une condition de refroidissement spécifiés. La trempabilité est fréquemment confondue avec la dureté. Il s’agit de deux mesures différentes. La dureté décrit la résistance à l’indentation ou à la déformation dans un état donné. La trempabilité décrit l’aptitude d’un acier à former de la martensite, ainsi que la profondeur jusqu’à laquelle il peut le faire, dans des conditions spécifiées d’austénitisation et de refroidissement. Un acier à trempabilité élevée ne se voit pas attribuer une valeur universelle unique de dureté. Sa dureté dépend toujours de la teneur en carbone, de la fraction de martensite, du revenu et de la vitesse locale de refroidissement. Les dimensions de la section modifient cette vitesse de refroidissement. Une barre mince peut refroidir suffisamment rapidement sur toute sa section pour éviter la formation de ferrite et de perlite. Dans une pièce forgée épaisse, la chaleur stockée au centre ralentit la courbe de refroidissement, permettant à celle-ci d’entrer dans des régions de début de transformation que la surface évite. Le centre peut alors contenir de la bainite ou de la perlite, tandis que la surface contient de la martensite. Ce gradient thermique crée également des différences de variation volumique et de contraintes de transformation, qui peuvent contribuer à la déformation, à la fissuration de trempe et aux contraintes résiduelles. L’interprétation d’un diagramme CCT doit donc commencer par le procédé réel : température et durée d’austénitisation, contact avec le four ou la matrice, délai de transfert, milieu de refroidissement, agitation, orientation de la pièce et épaisseur locale de la section. Les produits prévus fournissent ensuite une indication sur les propriétés. La ferrite et la perlite grossière réduisent généralement la résistance et la dureté tout en améliorant l’usinabilité par rapport à la martensite non revenue ; la bainite occupe une position intermédiaire, fortement dépendante des conditions ; la martensite augmente la dureté et la résistance, mais peut réduire la ténacité si elle n’est pas revenue. Les mélanges et les gradients influencent également la fatigue, car la dureté locale, les contraintes résiduelles, les inclusions et l’austénite retenue modifient l’amorçage et la propagation des fissures. Une simple consultation de la température ne peut pas rendre compte de ces effets. Une trajectoire de refroidissement le peut. ## Pourquoi les températures de transformation varient selon les aciers et les procédés Une température de transformation n’est pas une valeur universelle à rechercher dans un tableau pour « l’acier ». Elle désigne une condition dans laquelle un changement de phase particulier devient possible ou détectable pour une composition et un parcours thermique donnés. Le résultat dépend également de la question de savoir si le diagramme décrit un état d’équilibre, un maintien isotherme ou un refroidissement continu. La perlite, la bainite, la martensite, la ferrite proeutectoïde et la cémentite proeutectoïde sont des produits de transformation différents, et non des appellations interchangeables pour désigner une même température. ### Teneur en carbone et composition de l’alliage Le carbone modifie à la fois les limites d’équilibre et les produits formés pendant le refroidissement. Dans le système fer–carbone, la réaction eutectoïde se produit à environ 0,8 % massique de carbone et à 723 °C : γ→α+Fe3⁢C Le document *Materials Science & Metallurgy* (2002) de l’Université de Cambridge donne cette réaction pour la transformation de l’austénite en ferrite et en cémentite. L’austénite possède une structure cubique à faces centrées, la ferrite une structure cubique centrée, et la cémentite est un composé orthorhombique Fe₃C, comme l’explique le document *Interpretation of the Microstructure of Steels* (2008) de Cambridge. La modification de la teneur en carbone déplace la composition et la température eutectoïdes et change la phase qui apparaît avant la réaction eutectoïde. Les aciers hypoeutectoïdes peuvent former de la ferrite proeutectoïde ; les aciers hypereutectoïdes peuvent former de la cémentite proeutectoïde. Le carbone modifie également la température à laquelle débute la formation de martensite, Ms, ainsi que la température à laquelle la transformation martensitique est pratiquement achevée, Mf. Le document *Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel* (2012) de Cambridge indique spécifiquement que le carbone influence Ms, Mf et la fraction d’austénite retenue. Une augmentation de la teneur en carbone abaisse généralement Ms et Mf. Si Mf est inférieure à la température ambiante, une partie de l’austénite peut rester non transformée. Cette austénite retenue n’indique pas que l’acier n’a pas atteint une unique « température de trempe » fixe ; elle reflète la composition et la température finale de refroidissement. Le mécanisme est déterminant. La perlite et les produits proeutectoïdes nécessitent une redistribution du carbone et sont contrôlés par la diffusion. La martensite se forme par une transformation displacive rapide, qui permet au réseau de fer de se transformer sans la diffusion du carbone à longue distance requise pour la formation de cémentite. La bainite relève d’une description intermédiaire : le document *The Bainite Reaction* (2024) de Cambridge indique que sa croissance est sans diffusion en ce qui concerne le réseau de fer et qu’elle est thermodynamiquement possible en dessous de la température T₀, à laquelle la bainite de même composition possède une énergie libre inférieure à celle de l’austénite. Les additions d’éléments d’alliage peuvent déplacer ces relations, mais leurs effets ne doivent pas être considérés comme identiques. Le silicium en fournit un exemple documenté. ASM International indique que le silicium élève la plage des températures de transformation, réduit la solubilité du carbone dans l’austénite et tend à dissocier le carbure de fer. Par conséquent, les aciers contenant du silicium ne peuvent pas être interprétés à partir d’un diagramme fer–carbone non modifié pour les aciers au carbone ordinaires. Cela ne justifie pas l’application d’une même correction à tous les éléments d’alliage : chaque élément modifie la stabilité des phases, la diffusion, la chimie des carbures, ou une combinaison de ces facteurs. ### Hystérésis thermique au chauffage et au refroidissement La température enregistrée pendant le chauffage ne doit pas nécessairement être égale à celle enregistrée pendant le refroidissement. Au chauffage, la ferrite et la cémentite doivent se dissoudre, tandis que l’austénite doit nucléer et croître ; cela nécessite une activation thermique et du temps. Au refroidissement, l’austénite se décompose par un processus différent de nucléation et de croissance. La transformation présente donc une hystérésis, même lorsque la température du four varie lentement. Le document *Critical Temperature Ranges* (2024) d’ASM International indique que, dans des conditions de refroidissement lent, les températures critiques au chauffage peuvent être supérieures d’environ 33 °C aux valeurs observées au refroidissement. Il s’agit d’une valeur quantifiée provenant d’une source, et non d’une marge universelle applicable à chaque cycle thermique ou à chaque alliage. Un chauffage plus rapide peut accroître le dépassement apparent, car la diffusion et la nucléation prennent du retard par rapport à la température mesurée. Une trempe rapide peut inhiber suffisamment longtemps la perlite et la bainite pour permettre la formation de martensite, tandis qu’un maintien isotherme peut provoquer une transformation à une température qui ne correspondrait pas au point de départ indiqué sur un diagramme de refroidissement continu. Cette distinction sépare les températures d’équilibre telles que Ae1, Ae3 et Aecm des températures pratiques Ac et Ar mesurées pendant le chauffage et le refroidissement. Un diagramme TTT décrit la transformation pendant un maintien isotherme après austénitisation. Un diagramme CCT suit une température qui varie continuellement. Le document *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990) du NIST utilise des données CCT pour estimer la trempabilité et prévoir la microstructure à température ambiante, ainsi que les propriétés de résistance, de dureté, d’usinabilité et de tenue en fatigue. Une courbe CCT est donc une carte de procédé, et non un substitut aux données d’équilibre entre phases. ### Taille des grains d’austénite antérieure, durée et gradients thermiques La durée d’austénitisation modifie davantage de paramètres que ne le laisse supposer la seule lecture du thermomètre. Un maintien suffisamment long peut dissoudre les carbures, homogénéiser le carbone et permettre aux grains d’austénite de croître. Une durée insuffisante peut laisser des carbures non dissous ou des zones riches et pauvres en carbone ; différentes parties d’un même composant commencent alors leur refroidissement avec des tendances à la transformation différentes. Une durée excessive produit généralement des grains d’austénite antérieure plus grossiers, ce qui réduit la surface totale des joints de grains disponible pour la nucléation et retarde souvent les transformations diffusionnelles. La taille des grains d’austénite antérieure modifie donc la cinétique plutôt que de créer une nouvelle composition d’équilibre. Les grains fins offrent davantage de sites de nucléation et peuvent favoriser une formation plus précoce de ferrite ou de perlite pendant le refroidissement. Les grains grossiers peuvent accroître la trempabilité en retardant ces produits nucléés aux joints de grains, ce qui permet à une fraction plus importante de l’austénite d’atteindre les conditions de formation de bainite ou de martensite. Le déplacement précis dépend du carbone, de la composition de l’alliage, de l’état des joints de grains et de la vitesse de refroidissement. Les composants réels suivent rarement uniformément le programme du four. Une section épaisse perd de la chaleur par sa surface tandis que son cœur reste chaud, ce qui produit des vitesses de refroidissement différentes à travers la section. L’uniformité de la température du four, la disposition de la charge, le contact avec les montages et l’oxydation de surface influencent également l’historique thermique réel. La surface peut traverser une région de formation de perlite ou de bainite alors que le cœur se trouve encore au-dessus de cette région ; plus tard, le cœur peut se transformer sous une vitesse de refroidissement plus faible que celle de la surface. Ainsi, un même traitement thermique nominal peut produire de la ferrite, de la perlite, de la bainite, de la martensite et de l’austénite retenue à différents endroits. La température est importante, mais le parcours suivi à travers les températures détermine le produit de transformation qui apparaît. ## Normes de lecture, désignations de nuances et terminologie des transformations ### SAE 1141 et limites des diagrammes propres à une nuance Un diagramme de transformation est un relevé correspondant à une composition et à un parcours thermique défini, et non une table universelle des températures. Un diagramme CCT identifié comme **SAE 1141** s’applique à la composition chimique, au traitement d’austénitisation, à la taille de l’éprouvette et à la méthode d’essai utilisés pour établir ce diagramme. Il ne doit pas être rebaptisé « le diagramme des aciers au carbone », et encore moins être appliqué sans réserve aux aciers faiblement alliés, aux aciers inoxydables ou aux aciers à outils. Cette distinction est importante, car les éléments d’alliage modifient la stabilité des phases, les vitesses de diffusion, la formation des carbures et la cinétique des transformations. Le carbone modifie l’intervalle austénite–martensite et la fraction d’austénite retenue ; le document de l’University of Cambridge publié en 2012, *Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel*, identifie spécifiquement les effets sur **Ms**, **Mf** et les fractions d’austénite retenue. Selon *Critical Temperature Ranges* publié par ASM International en 2024, le silicium élève l’intervalle des températures de transformation, réduit la solubilité du carbone dans l’austénite et tend à dissocier le carbure de fer. Le nickel, le chrome, le molybdène et le manganèse peuvent déplacer les courbes de transformation et retarder la formation des produits diffusifs. Une nuance inoxydable peut également comporter des domaines de ferrite, d’austénite ou de phases intermétalliques absents d’un diagramme des aciers au carbone non alliés, tandis que les aciers à outils peuvent former des carbures d’alliage qui modifient à la fois les produits de transformation à l’équilibre et ceux observés. Même la référence familière limitée au fer dépend de la composition. Le document de l’University of Cambridge publié en 2005, *Stainless Steels: Phase Equilibria*, situe l’austénite cubique à faces centrées du fer pur approximativement entre 910 et 1400 °C et donne une température de fusion d’environ 1539 °C. Ces valeurs ne définissent pas les températures critiques de **SAE 1141**. Le document du NIST publié en 1990, *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel*, montre l’utilisation appropriée d’un diagramme CCT propre à une nuance : estimer la trempabilité et prévoir la microstructure à température ambiante, la résistance, la dureté, l’usinabilité et les propriétés de fatigue dans des conditions de refroidissement données. Toute température citée doit donc être accompagnée de ses éléments justificatifs. Il faut indiquer la désignation de la nuance et la norme, la base de composition — nominale, analyse de coulée ou composition mesurée — ainsi que la microstructure initiale, la température et le temps de maintien d’austénitisation, la vitesse de chauffage ou de refroidissement, la géométrie de l’éprouvette, le type de diagramme et la méthode de mesure. La dilatométrie, l’analyse thermique différentielle, la mesure de la résistance électrique et l’interruption métallographique peuvent produire des températures apparentes de début et de fin différentes. ### Notations Ae, Ac, Ar, Ms, Mf et Aecm Le préfixe **Ae** désigne une température de transformation à l’équilibre. Ainsi, **Ae1** est la limite eutectoïde dans des conditions d’équilibre, et **Ae3** est la limite supérieure associée à la formation de ferrite à partir de l’austénite dans un acier hypoeutectoïde. **Aecm** désigne la limite d’équilibre austénite–cémentite du côté riche en carbone. L’indice « cm » fait référence à la cémentite, **Fe₃C**. La composition approximativement eutectoïde est de 0,8 % massique de carbone. À environ 723 °C, le document de l’University of Cambridge publié en 2002, *Materials Science & Metallurgy*, donne la réaction **γ → α + Fe₃C**. Ici, γ est l’austénite et α est la ferrite. Cette équation décrit les phases à l’équilibre ; elle n’indique pas que tout acier refroidi à travers 723 °C formera de la perlite. Le préfixe **Ac** fait référence à une température critique mesurée pendant le chauffage, tandis que **Ar** désigne une température mesurée pendant le refroidissement. Ac1 et Ar1 peuvent différer, car la germination, la dissolution, la diffusion et le retard thermique dépendent de la vitesse et de la structure initiale. ASM International indique que, lors d’un refroidissement lent, les températures critiques au chauffage peuvent être supérieures d’environ 33 °C aux valeurs mesurées au refroidissement. **Ms** est la température de début de formation de la martensite pendant le refroidissement, et **Mf** est la température de fin de formation de la martensite. La martensite est un produit displacif, essentiellement sans diffusion ; un refroidissement insuffisant au-dessous de Mf peut laisser de l’austénite retenue. Les diagrammes TTT indiquent généralement Ms, tandis que les diagrammes CCT montrent comment un refroidissement continu intersecte les domaines de la perlite, de la bainite et de la martensite. ### Phases, constituants et caractérisation microstructurale Une phase est une partie d’un matériau, physiquement et chimiquement distincte, présentant une structure définie et une plage de composition déterminée. Le document de l’University of Cambridge publié en 2008, *Interpretation of the Microstructure of Steels*, identifie l’austénite comme cubique à faces centrées, la ferrite comme cubique centrée et la cémentite comme orthorhombique **Fe₃C**. Un domaine de phases sur un diagramme d’équilibre prédit quelles phases sont stables pour une composition et une température données. Il ne constitue pas une photographie et ne précise ni la taille des particules, ni leur espacement, ni leur morphologie, ni la vitesse de transformation. Un constituant est un produit ou un agrégat microstructural observé. La perlite est généralement un agrégat ferrite–cémentite ; la bainite contient des régions ferritiques et des arrangements de carbures produits par un mécanisme de transformation distinct ; la martensite est une ferrite transformée sursaturée, présentant une morphologie caractéristique et un état particulier du carbone. ASM International considère la perlite, la bainite, la martensite, la ferrite proeutectoïde et la cémentite proeutectoïde comme les principaux produits de transformation de l’austénite, dans des conditions isothermes comme en refroidissement continu. Le document de l’University of Cambridge publié en 2024, *The Bainite Reaction*, indique que la croissance de la bainite est sans diffusion par rapport au réseau de fer et qu’elle est thermodynamiquement possible au-dessous de **T₀**, lorsque la bainite possède une énergie libre inférieure à celle de l’austénite de composition identique. Les rapports doivent donc distinguer les domaines de phases calculés des constituants mesurés. Il faut préciser si la source est un diagramme d’équilibre Fe–C ou Fe–Fe₃C, un diagramme TTT ou un diagramme CCT, puis indiquer comment la transformation a été détectée et comment la structure finale a été examinée. Une image obtenue après polissage et attaque, un résultat de diffraction des rayons X, une courbe dilatométrique et un profil de dureté répondent à des questions différentes. Une température dépourvue de ce contexte constitue une désignation incomplète. ## Du diagramme à la microstructure : une méthode d’interprétation rigoureuse Un diagramme de transformation n’est pas un tableau de correspondance entre température et transformation. Il constitue une représentation correspondant à une composition, à l’état de l’éprouvette, à un programme de chauffage ou de refroidissement et à une méthode expérimentale déterminés. La question rigoureuse n’est donc pas « Quelle phase se forme à 700 °C ? », mais « Quel matériau est présent, quel parcours a-t-il suivi et quels mécanismes de transformation ont eu le temps d’opérer ? » ### Commencer par la composition et le parcours thermique prévu #### Informations minimales nécessaires à l’interprétation d’un diagramme de transformation - **Composition** Consigner la désignation de l’acier ainsi que les teneurs en carbone et en éléments d’alliage. - **État initial** Consigner la microstructure initiale et la taille des grains, si elles sont connues. - **Géométrie** Consigner l’épaisseur de la section et la dimension de l’éprouvette. - **Austénitisation** Consigner la température d’austénitisation et le temps de maintien. - **Parcours thermique** Consigner la vitesse de chauffage, la vitesse de refroidissement, le milieu de refroidissement et le délai de transfert. - **Validation** Comparer la séquence prévue avec les observations microscopiques et les propriétés mesurées. Commencez par consigner la désignation de l’acier et sa composition chimique. « Acier au carbone » est une catégorie trop large pour permettre une prédiction fiable. Un acier eutectoïde au carbone ordinaire se comporte différemment d’un SAE 1141, et tous deux diffèrent des nuances alliées contenant du chrome, du molybdène, du nickel, du manganèse ou du silicium. Consignez les teneurs en carbone et en éléments d’alliage, l’état initial, la taille des grains si elle est connue, l’épaisseur de la section, la température d’austénitisation, le temps de maintien ainsi que les vitesses de chauffage et de refroidissement. La désignation doit être vérifiée par rapport à l’analyse réelle de la coulée lorsque des décisions dépendent du résultat. De faibles variations de composition chimique peuvent déplacer les températures de transformation et modifier les fractions des produits de transformation. Le silicium, par exemple, élève l’intervalle des températures de transformation, diminue la solubilité du carbone dans l’austénite et tend à dissocier le carbure de fer. Même le sens de la variation thermique est important : ASM International indique que, lors d’un refroidissement lent, les températures critiques au chauffage peuvent être environ 33 °C supérieures aux valeurs observées au refroidissement. Classez ensuite le procédé thermique. Un calcul d’équilibre suppose des variations extrêmement lentes et un temps suffisant pour que les phases se rapprochent de leur composition d’équilibre. Un traitement isotherme amène rapidement l’acier à une température choisie, puis l’y maintient ; c’est la condition représentée par un diagramme TTT. Un traitement en refroidissement continu suit une température variable et est représenté par un diagramme CCT. Le refroidissement au four, le refroidissement à l’air, la trempe à l’huile et la trempe à l’eau sont des parcours continus, et non des maintiens isothermes, même si leurs températures finales sont similaires. Le diagramme Fe–C familier fournit des limites utiles, mais il ne permet pas de prévoir toutes les microstructures industrielles. Dans le fer pur, l’austénite cubique à faces centrées est stable d’environ 910 à 1400 °C, et le fer pur fond à environ 1539 °C, selon *Stainless Steels: Phase Equilibria* (2005) de l’Université de Cambridge. Ces valeurs ne s’appliquent pas telles quelles à un acier allié. À environ 0,8 % massique de carbone et 723 °C, la réaction eutectoïde est γ → α + Fe₃C, mais un acier réel peut contenir de la ferrite ou de la cémentite proeutectoïde avant la formation du constituant eutectoïde. ### Suivre le parcours à travers les données TTT ou CCT Sélectionnez le diagramme correspondant au procédé. Sur un diagramme TTT, repérez la condition d’austénitisation, déplacez-vous rapidement jusqu’à la température de maintien, puis lisez le début et la fin de la transformation pendant le maintien. Sur un diagramme CCT, tracez ou sélectionnez la courbe de refroidissement réelle et identifiez chaque région qu’elle traverse. Ne transférez pas directement un temps de début de transformation TTT à un traitement CCT : l’acier traverse une plage de températures pendant que la transformation se poursuit. Écrivez explicitement la séquence. Un acier hypoeutectoïde peut d’abord former de la ferrite proeutectoïde à partir de l’austénite, puis de la perlite. Un acier hypereutectoïde peut former de la cémentite proeutectoïde avant la perlite. Une courbe de refroidissement qui évite la région de la perlite peut entrer dans la plage de la bainite, puis franchir Ms, la température de début de formation de la martensite. La structure finale peut donc contenir de la ferrite, de la perlite, de la bainite, de la martensite et de l’austénite retenue dans des proportions différentes. Ces termes désignent également des catégories différentes. La ferrite, l’austénite et la cémentite sont des phases : *Interpretation of the Microstructure of Steels* (2008) de l’Université de Cambridge les identifie respectivement comme la ferrite cubique centrée, l’austénite cubique à faces centrées et le Fe₃C orthorhombique. La perlite et la bainite sont des produits de transformation présentant des arrangements caractéristiques de phases, tandis que la martensite est un produit de transformation displacive. Une température de transformation indique une limite ou un événement, et non un constituant final garanti. Le mécanisme est important. Les transformations reconstructives nécessitent une diffusion atomique et peuvent produire de la ferrite, de la perlite ou de la cémentite lorsque le parcours laisse suffisamment de temps à la redistribution du carbone. La martensite se forme sans la diffusion chimique à longue distance requise par ces réactions. La bainite résulte d’une combinaison différente de modification du réseau et de redistribution du carbone ; *The Bainite Reaction* (2024) de l’Université de Cambridge indique que la croissance de la bainite est sans diffusion en ce qui concerne le réseau du fer et qu’elle est thermodynamiquement possible en dessous de la température T₀. La martensite n’est pas automatiquement le dernier produit formé. Si Ms est inférieure à la température ambiante, ou si le refroidissement s’arrête avant que l’austénite ne soit épuisée, de l’austénite retenue peut subsister. Le document TTT de Cambridge (2012) identifie précisément le carbone comme un facteur influençant Ms, la température de fin de formation de la martensite Mf et les fractions d’austénite retenue. Ainsi, l’expression « acier trempé » peut désigner une structure mixte plutôt qu’une structure composée à 100 % de martensite. ### Valider les prédictions par microscopie et par des essais de propriétés Considérez le résultat du diagramme comme une prédiction. Confirmez-le en préparant une éprouvette représentative, en la polissant et en l’attaquant avec une méthode adaptée à l’acier, puis en examinant la structure par microscopie optique, microscopie électronique à balayage ou toute autre technique appropriée. La métallographie peut révéler la morphologie de la ferrite, l’espacement des lamelles de perlite, les faisceaux bainitiques, les régions martensitiques, les réseaux de carbures, la décarburation et la ségrégation, bien que certains constituants nécessitent une interprétation rigoureuse, car le contraste obtenu après attaque n’est pas une identification directe de phase. Mesurez la dureté à des emplacements définis et indiquez l’échelle, la charge et le plan d’échantillonnage. Ajoutez des mesures de traction, de résilience, de fatigue, dimensionnelles ou de l’austénite retenue lorsque l’application l’exige. La dureté seule ne permet pas de distinguer tous les mélanges ni d’établir la ténacité. Un diagramme TRC d’un acier peut servir à estimer sa trempabilité et à prédire sa microstructure à température ambiante, sa résistance, sa dureté, son usinabilité et ses propriétés en fatigue. Limited evidence Le rapport du NIST *Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel* (1990) démontre l’utilité pratique des données CCT : un tel diagramme peut servir à estimer la trempabilité et à prévoir la microstructure à température ambiante, la résistance mécanique, la dureté, l’usinabilité et les propriétés de fatigue. « Prévoir » reste le terme opérationnel. Un jeu de données diagrammatiques correspond à une composition, à un état des grains, à une taille d’éprouvette et à une procédure d’essai particuliers. Lorsque les conséquences d’une erreur sont importantes, retracez le parcours thermique, consignez la séquence prévue et comparez-la à la microscopie ainsi qu’aux propriétés mesurées avant d’accepter le modèle de transformation. ## Références 1. \[1\] University of Cambridge. [Materials Science & Metallurgy](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2002/MP10-6.pdf). University of Cambridge phase-trans materials, 2002. [](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#wiki-cite-ref-1) https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2002/MP10-6.pdf 2. \[2\] National Institute of Standards and Technology. [Continuous-Cooling Transformation Characteristics of SAE 1141 Steel](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/IR/nistir3964.pdf). NIST Interagency Report, 1990. [](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#wiki-cite-ref-2) https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/IR/nistir3964.pdf 3. \[3\] University of Cambridge. [Time-Temperature-Transformation Diagram for Steel](https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2012/Manna/Part2.pdf). University of Cambridge phase-trans materials, 2012. [](/fr/wiki/traitement-thermique/temp%C3%A9ratures-et-phases-de-transformation-de-l-acier#wiki-cite-ref-3) https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2012/Manna/Part2.pdf **Faits essentiels** Composition eutectoïde Environ 0.8 % massique de carbone Température eutectoïde Environ 723 °C Domaine de l’austénite du fer pur Environ 910–1400 °C Température de fusion du fer pur Environ 1539 °C Hystérésis lors d’un refroidissement lent Les températures critiques au chauffage peuvent être environ 33 °C supérieures aux valeurs au refroidissement [Retour à Traitement thermique](/fr/wiki/traitement-thermique "Traitement thermique — Steel Wiki")