Ad una certa temperatura (generalmente compresa tra 1.500 °F (820 °C) e 1.600 °F (870 °C), a seconda del contenuto di carbonio), il metallo base dell' acciaio subisce un cambiamento nella disposizione degli atomi nella sua matrice cristallina, detta allotropia. Questo permette ai piccoli atomi di carbonio di entrare negli interstizi del cristallo di ferro, diffondendosi nella matrice di ferro. Quando questo accade, gli atomi di carbonio sono detti in soluzione, o mescolati con il ferro, formando una fase cristallina unica, omogenea, detta austenite. Se l' acciaio viene raffreddato lentamente, il ferro si trasforma gradualmente in allotropio a bassa temperatura. Quando questo accade gli atomi di carbonio non saranno più solubili con il ferro, e saranno costretti a precipitare fuori dalla soluzione, nucleando negli spazi tra i cristalli. L' acciaio diventa quindi eterogeneo, essendo formato da due fasi: il carbonio (carburo) e la ferrite. Questo tipo di trattamento termico produce acciaio piuttosto morbido e piegabile. Tuttavia, se l' acciaio viene raffreddato rapidamente, gli atomi di carbonio non avranno il tempo di precipitare. Quando si raffredda rapidamente, si verifica una trasformazione senza diffusione (martensite), in cui gli atomi di carbonio rimangono intrappolati in soluzione. Questo fa sì che i cristalli di ferro si deformino intrinsecamente quando la struttura cristallina cerca di cambiare il suo stato a bassa temperatura, rendendolo molto duro e fragile.
Allotrofia avviene tra quali temperature?
1.500 °F (820 °C) e 1.600 °F (870 °C)