Il ferro puro esiste in due forme allotropiche1 alfa e gamma aventi la proprietà di sciogliere il carbonio in misura diversa, e di formare con esso leghe di particolari caratteristiche, cioè ghise e acciai.
Il ferro alfa possiede una struttura stabile fino a 911° ed il reticolo spaziale si presenta costituito da nove atomi dei quali otto sono ai vertici di un cubo ed il nono si trova al centro del cubo stesso.
Superando la temperatura di 911°, il ferro alfa si trasforma in gamma ed è costituito da 14 atomi dei quali otto disposti ai vertici del cubo e sei al centro delle facce.
Se la struttura del ferro è gamma, il reticolo offre al carbonio che fosse presente la possibilità di situarsi al centro del cubo; il ferro gamma contenente carbonio in soluzione solida è chiamato austenite2.
Quando, dopo aver riscaldato la soluzione di ferro-carbonio, si raffredda rapidamente, la molecola di carbonio resta “imprigionata” nel reticolo provocando l’aumento di durezza del composto che è chiamato martensite3.
Se il raffreddamento avvenisse lentamente la molecola del carbonio non sarebbe “catturata” al centro del reticolo e non si provocherebbe il conseguente indurimento.
Il trattamento termico che permette di ottenere l’indurimento del composto ferro-carbonio (acciaio) va sotto il nome di TEMPERA o TEMPRA.
1 – Consiste nel presentare forme diverse per caratteristiche fisiche (colore, sistema di cristallizzazione) o anche chimiche (reattività); il carbonio,ad esempio, con differente reticolo, cristallizza come diamante nel sistema monometrico e come grafite in quello trigonale.
2 – Dal nome del metallurgista ingl. W. C. Roberts-Austen (1843-1902)]. – In siderurgia, costituente strutturale che si rinviene in alcuni acciai temprati, formato da una soluzione di carburo di ferro (cementite) in ferro gamma, con reticolo cristallino cubico a facce centrate.
3 – Dal nome del metallurgista ted. A. Martens (1850-1914)]. – Soluzione solida di carbonio in ferro alfa in equilibrio instabile, costituente strutturale durissimo degli acciai temprati; si forma dall’austenite per raffreddamento rapido o per rinvenimento, e col riscaldamento si decompone in cementite e ferrite.