Pour améliorer les propriétés d’emploi, il est souvent nécessaire d’introduire d’autres éléments métalliques à l’alliage Fer / Carbone de base. Les éléments d’alliage, généralement très solubles dans le fer γ, peuvent être rangés en deux catégories : Les éléments dits alphagènes (Cr, Mo, W, V, Ti, Si, Al) communiquent de l’instabilité à l’austénite c’est à dire que l’augmentation de la teneur en M réduit le domaine γ. Ces aciers sont dits ferritiques. Au contraire, les éléments gammagènes (Ni, Mn, Co, Cu, N) étendent le domaine γ au détriment du domaine α, au point de faire disparaitre celui-ci, si bien qu’un alliage fer-nickel à plus de 30% de Ni reste constamment à l’état austénitique. L’aspect du domaine ferritique (au dessous de A1) est également sous la dépendance de la teneur en carbone.

Domaine Ferritique

Selon leur affinité pour le carbone, les éléments d’alliage se comportent de 2 façons : Les uns (Si, Ni, Al, Co, Cu) appelés éléments non carburigènes, ne se combinent pas au carbone et restent en solution dans la ferrite à froid. Les ferrites alliées sont plus dures que la ferrite ordinaire. Le carbone est surtout sous forme cémentique (carbure de fer). Les autres éléments (Cr, W, V, Mo, Ti), appelés éléments carburigènes ne sont que partiellement solubles dans la ferrite, et forment des carbures qui peuvent se dissoudre plus ou moins complètement dans le fer γ à haute température. Si sa proportion reste faible, l’élément se retrouve sous forme de cémentite alliée (Fe, M) 3C où une partie du fer est remplacée par l’élément d’alliage M. Si la proportion est suffisante, on obtient des carbures alliés MxCy dont une partie de M peut être remplacée par du fer ou par un autre métal. Ces carbures sont très stables, même à haute température. Leur propriété essentielle est souvent leur plus grande dureté, et bien sûr une grande résistance à l’usure, supérieure à celle de la cémentite.