Come è noto il Diagramma Fe-C è stato costruito lasciando raffreddare la lega Ferro-Carbonio in un tempo molto lungo in modo da rendere stabili le strutture che si vengono a trovare all'interno di esso; quindi lasciando che il carbonio migri per formare la cementite (Fe3C). Ma se si raffredda in modo più veloce; il carbonio non avendo il tempo necessario di migrare dalla cella per formare cementite, forma strutture che non compaiono sul Diagramma Fe-C e che dipendono dalla stessa velocità di raffreddamento.
Per velocità di raffreddamento molto basse cioè con raffreddamenti molto lenti, si svolgono regolarmente ambedue i processi di diffusione e cioè la migrazione degli atomi di ferro per assumere un nuova disposizione reticolare, e migrazione degli atomi di carbonio per formare la cementite. Il prodotto della trasformazione è quindi la PERLITE (ferrite+cementite).
A velocità maggiore di raffreddamento la perlite diventa molto fine a assume il nome di TROOSTITE.
A velocità di raffreddamento intermedie la diffusione del carbonio è ancora possibile e la cementite si forma ancora, risultando invece soppressa la diffusione degli atomi di ferro. Il nuovo reticolo avviene senza diffusione, ma per una specie di movimento a scatto: questo movimento avviene per scambi atomici. La struttura che ne risulta si chiama BAINITE.
A velocità di raffreddamento molto elevate (TEMPRA); le trasformazioni non sono più possibili; non solo viene soppressa la diffusione per la trasformazione reticolare , ma anche il carbonio non si può più diffondere per formare la cementite. Ne consegue che la trasformazione avviene , come nel caso della bainite con movimento a scatto: gli atomi di carbonio, che non possono migrare, restano imprigionati nel reticolo del ferro allargandone il reticolo il quale viene distorto e assume una forma tetragonale. Questa è la natura della MARTENSITE. Quindi una velocità di raffreddamento elevata è fondamentale per ottenere la tempra e le sue strutture.
TEMPRA DIRETTA: Trattamento termico caratterizzato da un riscaldamento a temperatura superiore ad Ac ; permanenza a tale temperatura per un tempo sufficiente ad ottenere l'equilibrio strutturale ; raffreddando fino a temperatura al di sotto do Mf con una velocità superiore alla velocità critica di tempre in modo da ottenere una struttura martensitica.
TEMPRA TERMALE: E' un trattamento isotermico inteso a produrre una struttura martensitica , analoga alla tempra diretta. Consiste in un riscaldamento ad un temperatura superiore ad Ac:permanenza a tale temperatura fino ad ottenere l'equilibrio strutturale (austenite). Il raffreddamento viene eseguito con una velocità superiore a quella critica di tempra per un tempo sufficiente a realizzare una certa uniformità di temperatura, ma non tale da provocare l'inizio della trasformazione dell'austenite, e quindi un raffreddamento più o meno rapido, al di sotto di Mf. La struttura finale è perciò completamente martensitica come un acciaia temprato normalmente. Lo scopo di questo trattamento è di ottenere una struttura martensitica che conferisce al materiale particolari caratteristiche di durezza, riducendo il pericolo di distorsione o cricche di tempre negli acciai particolarmente sensibili a tali fenomeni. Ciò è una conseguenza del fatto che la sosta a temperatura prossima ad Ms consente di ottenere nel pezzo una uniformità di temperatura in tutte le sue parti, per cui, nel successivo raffreddamento, sono notevolmente ridotte le distorsioni dovute alle contrazioni differenziali. In altre parole: noi tempriamo sempre per ottenere un materiale martensitico, ma il processo risulta meno drastico.
