نمودار آهن کربن

روش‌های مختلف عملیات حرارتی، فرآیندهای انجماد، ساختار فولادها و چدن ها و… را می توان به وسیله نمودار آهن کربن (Fe-C) بررسی کرد. بیشترین قسمت از این نمودار که در متالورژی نیز اهمیت ویژه ای دارد، قسمت کاربید آهن (سمنتیت) می باشد. دیاگرام آهن-کربن را سیستم شبه‌ پایدار می گویند. دلیل این نامگذاری این است که ترکیب کاربید آهن یک شبه پایدار است. حالت پایدار کربن در فشار اتمسفر، کربن آزاد (گرافیت) است. قسمت‌هایی که در نمودار با حروف یونانی مشخص شده‌اند، نشان‌گر محلول‌های جامد از نوع بین‌نشینی هستند.

• استحالهٔ یوتکتیک : دما ۱۱۴۸ºC، غلظت کربن ۴٫۲۰ درصد
• استحالهٔ یوتکتوئید : دما ۷۲8ºC، غلظت کربن ۰٫۸۰ درصد
• استحالهٔ پریتکتیک : دما ۱۴۹۵ºC، غلظت کربن ۰٫۱۸ درصد

البته باید توجه داشت که غلظت‌ها و دماهای ذکرشده برای نمودار آهن کربن خالص بوده و با حضور عناصر آلیاژی دیگر، این ثابت‌ها تغییر می‌کنند.

آلوتروپ‌ های آهن

• آهن آلفا
• آهن گاما
• آهن دلتا
• فازها و ساختارهای مخلتف نمودار فازی
• فریت
• اوستنیت
• سمنتیت
• لدبوریت
• پرلیت
• بینیت
• مارتنزیت

آهن آلفا:

به یکی از آلوتروپ‌های آهن، آهن آلفا می گویند. این آلوتروپ از دمای ۲۷۳ درجه سانتیگراد تا ۹۱۰ درجه سانتیگراد پایدار است. همچنین این دارای یک ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر می باشد. شبکه آهن آلفای فرومغناطیس بطور ثابت، ۲/۸۶ آنگستروم است.

آهن گاما:
آهن گاما یکی از آلوتروپ‌های آهن است که در محدوده دمایی ۹۱۲ تا ۱۳۹۴ درجه سانتیگراد پایدار بوده و ساختمان بلوری fcc (مکعبی مرکزپر) دارد.

آهن دلتا:
آهن دلتا یکی از آلوتروپ‌های آهن است که از دمای ۱۴۰۱ درجه سانتیگراد تا ۱۵۳۹ درجه سانتیگراد (نقطه‌ی ذوب آهن) پایدار است. آهن دلتا دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر (bcc) است. آهن دلتا خاصیت پارامغناطیس داشته و ثابت شبکه‌‌ی آن بزرگ ‌تر از آهن آلفا است.( همچنین ثابت شبکهٔ آهن دلتا، ‎۲/۹۳ آنگستروم می باشد.)

فریت:
فریت یک محلول جامد از نوع بین نشینی کربن در آهن آلفا α-Fe آهن مکعبی مرکز پر می باشد. آنچه که از بررسی‌ها و پژوهش های اخیر مشخص شده است، این است که مقاومت کششی فریت چیزی در حدود 40000 پسی می باشد. همچنین لازم به ذکر است که حداکثر غلظت کربن در فریت حدود ۲/. درصد وزنی و در دمای ۷۲۷ درجه سانتیگراد است.

اوستِنیت:
اوستِنیت (به انگلیسی: Austenite) محلول جامد از نوع بین‌نشینی کربن در آهن گاما (آهن مکعبی وجوه مرکزپر) است. حداکثر حلالیت کربن در آهن گاما، ۲ درصد در دمای ۱۱۴۷ درجه سانتیگراد بوده که در دمای محیط پایدار نیست.

سمنتیت:
سِمِنتیت یا کاربید آهن یک ماده مرکب شیمیایی به فرمول شیمیایی Fe3C دارای ‎۶/۶۷ درصد کربن با ساختار بلوری ارتورومبیک است. سمنتیت‌های فازی بسیار سخت و شکننده‌اند.

لدبوریت :
لدبوریت (به آلمانی: Ledeburit) به مخلوط یوتکتیکی اوستنیت و سمنتیت گفته می‌شود که از مذابی با ۴/۳ درصد کربن در دمای ۱۱۴۷ درجه سانتیگراد تحت یک واکنش یوتکتیکی حاصل می‌شود. از آنجایی که اوستنیت در دمای محیط پایدار نیست و بر اساس یک واکنش یوتکتوئیدی به پرلیت تبدیل می‌شود، بنابراین ساختمان لدبوریت در دمای محیط بصورت پرلیت و سمنتیت خواهد بود. نام این ساختار از کارل هاینریش آدولف لدبور متالورژیست آلمانی گرفته شده است.

پرلیت
پرلیت به مخلوط یوتکتوئیدی فریت و سمنتیت ‌گفته می‌شود. پرلیت تحت یک تحول یوتکتوئیدی از آهن گاما با ۰/۸ درصد کربن در ۷۲۳ درجه سانتیگراد حاصل می‌شود.