Selon la composition chimique et la température, les aciers
présentent deux phases à l'équilibre : austénite et ferrite.
La solubilité quasi nulle du carbone et de l'azote dans la ferrite à
température ambiante favorise la précipitation de carbures et/ou de
nitrures pouvant conduire au durcissement de la matrice.
Pour les fortes teneurs en carbone, apparaît une phase eutectoïde
dure, la perlite, constituée de lamelles de ferrite et de cémentite (carbure de
fer). Les aciers ferrito-perlitiques (matrice ferritique avec des îlots
de perlite) présentent une limite d'élasticité élevée
avec des potentialités d'allongement importantes ; un durcissement
complémentaire peut être obtenu par écrouissage (par exemple,
les aciers steel cord).
Un refroidissement rapide de l'austénitique conduit à des phases
métastables dures : la martensite et la bainite. Selon la teneur en carbone et le
schéma de refroidissement, on obtient généralement des
structures multiphasées à matrice ferritique ; la transformation
martensitique se produisant avec un changement de volume, la limite
d'élasticité est affectée par la formation de ce constituant.
Dans certains cas particuliers, l'austénite résiduelle après
refroidissement se transforme progressivement en martensite durant la
déformation. Cet effet TRIP (Transformation Induced Plasticity – Transformation induite par la
plasticité) permet l'obtention d'une résistance élevée avec
une ductilité importante.
Ainsi, il est possible d'obtenir différentes familles d'acier couvrant
un large domaine d'utilisation. La modélisation de leur comportement
mécanique doit permettre de définir les structures optimales pour
une tenue mécanique visée.