Trên biểu đồ trình bày cấu tạo pha và cấu tạo của hợp kim với thành phần từ sắt nguyên chất đến xementit ( C=6,67%). Trên trục hoành trình bày hàm lượng C, % theo khối lượng, và tỉ lệ xementit tương đương ( 0 – 100%), còn trục tung là nhiệt độ.
Điểm A và Đ trên biểu đồ biểu thị nhiệt độ nóng chảy của sắt nguyên chất ( 1539oC) và xementit ( 1500oC), đường ABCD đường lỏng, ANJECF-đường đặc. Hợp kim lỏng L là dung dịch lỏng của C trong sắt tồn tại trên đường ABCD.
Khi nguội, hợp kim lỏng bắt đầu kết tinh và sau đó rắn chắc-đó là quá trình thay đổi cấu trúc pha, tức các dạng thù hình của sắt, thay đổi độ hoà tan của cacbon vào autensit và ferit.
Theo lượng cacbon trong hợp kim sắt-cacbon chia ra thép có hàm lượng cacbon C= 0-2,14% và gang có hàm lượng cacbon lớn hơn 2,14%.
Điểm E ( C=2,14%) là điểm giới hạn để phân biệt thép và gang Theo lượng cacbon chia ra làm ba loại thép
-Thép trước cùng tinh có thành phần cacbon nhỏ hơn 0,8% với tổ chức peclit (P) và ferit(F), hợp kim rất ít cacbon ( C đến 0,02% ứng với điểm P trên biểu đồ)-gọi là sắt kĩ thuật. Sự kết tinh của thép trước cùng tinh theo đường ABC và ANJE.
- Thép cùng tinh có thành phần cacbon 0,8% tổ chức peclit trên đường PSK. To= 727oC.
- Thép sau cùng tinh có thành phần cacbon lớn hơn 0,8% và đến 2,14%. Khi nhiệt độ lớn hơn đường SE trong thép chỉ có auxtenit ( γ ). Khi nhiệt độ nhỏ hơn đường SE ( nhỏ hơn 727oC) thép sau cùng tinh có tổ chức peclit và xementit thứ hai
Gang theo thành phần cacbon cũng chia làm ba loại:
- Gang trắng trước cùng tinh có C nhỏ hơn 4,3% ( phân bố giữa đường BC và ED), tạo ra từ hai pha: lỏng và auxtenit. Ở nhiệt độ cùng tinh 1147oC hợp kim lỏng kết tinh tạo ra lêđêburit (Le). Gang trước cùng tinh ở giữa đường EC, PSK ( 727oC) có các tổ chức auxtenit, xementit thứ 2 và lêđêburit ( γ + Xe). Dưới 727oC auxtenit chuyển thành peclit.
- Gang cùng tinh có thành phần C=4,3% (điểm C) chỉ có một tổ chức là lêđêburit ( γ + Xe) - Gang sau cùng tinh có thành phần cacbon lớn hơn 4,3% với tổ chức lêđêburit và xementit
thứ nhất.
3.3.1.Giản đồ pha Fe-Fe3C
Giản đồ pha Fe-C được trình bày ở trên hình sau với các ký hiệu các toạ độ ( nhiệt độ- thành phần cacbon, %) đã được quốc tế hoá như sau:
A ( 1539-0); B (1499-0,5); C ( 1147-4,3) D (1250-6,67) E (1147-2,14) F ( 1147-6,67) G ( 911-0) H ( 1499-0,1) J ( 1499-0,16) K ( 727-6,67) L (0-6,67) N (1392-0) P (727-0,02) Q ( 0-0,006) S (727-0,8)
Các đường có ý nghĩa thực tế quan trọng là:
+ Đường ABCD là đường lỏng để xác định nhiệt độ chảy lỏng hoàn toàn hay bắt đầu kết tinh + AHJECF là đường rắn để xác định nhiệt độ bắt đầu chảy hay kết thúc kết tinh
+ ECF ( 1147oC) là đường cùng tinh, xảy ra phản ứng cùng tinh + PSK ( 727oC) là đường cùng tích, xảy ra phản ứng cùng tích + ES giới hạn hoà tan cacbon trong Feγ
Hình 3.6 giản đồ pha Fe-C