Se estudió el efecto de las tensiones de tracción en la microestructura del acero Hadfield mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM). Se observaron etapas de las curvas de esfuerzo-deformación obtenidas, que se correlacionaron bien con la evolución de la subestructura de dislocaciones. Basado en un análisis de imágenes de TEM, se determinaron parámetros cuantitativos, como las fracciones de volumen del material, en las que ocurrieron deslizamiento y geminación, así como la geminación, que se desarrolló en uno, dos y tres sistemas. Se informaron algunos mecanismos de transformación que causaron un gran endurecimiento del acero Hadfield. En particular, se formó una subestructura de defectos compleja de manera autoorganizada debido a la formación de celdas, las dislocaciones retardadas por sus paredes, así como la desaceleración de dislocaciones en geminados y, viceversa, de geminados en dislocaciones. Estos factores afectaron tanto la densidad promedio como la densidad local excesiva de dislocaciones. Además, resultaron en campos de tensión elástica, que se manifestaron en el gradiente de curvatura-torsión de la red cristalina. Un alto nivel de tensiones causado por el endurecimiento por solución sólida impidió la relajación de las tensiones elásticas, contribuyendo al endurecimiento por deformación del acero Hadfield.