Si cuando los enfriamientos se desarrollan en condiciones de equilibrio o cuasi-equilibrio, la austenita se transforma en el microconstituyente perlita, la situación cambia bastante cuando los enfriamientos se realizan en regímenes de inequilibrio.
El temple es el tratamiento térmico de los aceros en el que se imprime un enfriamiento más brusco (Figura 1). Para conseguirlo, las piezas austenizadas se sumergen en algún medio líquido, normalmente aceite o agua, con una serie de aditivos para controlar mejor las características finales de las mismas. El enfriamiento es tan brusco que se produce una transformación de fase sin que intervenga la difusión (transformación martensítica). Como resultado, surge una nueva fase, de inequilibrio, que se denomina martensita.
Puesto que la martensita es una fase de no equilibrio, a temperatura ambiente tiende a descomponerse en las fases estables a dicha temperatura: ferrita y cementita (M → a + Fe3C). Esta descomposición, pese a ser termodinámicamente espontánea, es cinéticamente muy lenta, lo que a efectos prácticos significa que la martensita no sufrirá ninguna evolución apreciable a temperaturas cercanas a la ambiente (como ejemplo, baste señalar que objetos como espadas con más de 2000 años de antigüedad siguen exhibiendo martensita en su microestructura).
Por otra parte, el estado tensional que provoca el exceso de carbono en la martensita hace que esta fase tenga una dureza muy superior a las fases estables vistas hasta ahora (austenita, ferrita y cementita). La dureza y, por tanto, la resistencia de un acero templado es tal que, a priori, parecería un muy buen material para aplicaciones exigentes, pero su elevada fragilidad hace que sólo en escasas ocasiones pueda ser empleado en este estado. Con el objeto de incrementar la tenacidad (capacidad de absorber impactos sin romperse), los aceros templados se someten a un tratamiento térmico posterior denominado revenido. La combinación de temple seguido de revenido es, de hecho, tan habitual, que ha merecido un nombre: bonificado.