نمودار تعادلي آهن-کربن (Fe-C) راهنمايي است که به کمک آن مي‌توان روش‌هاي مختلف عمليات حرارتي، فرآيندهاي انجماد، ساختار فولادها و چدن‌ها و... را بررسي کرد.
قسمتي از اين نمودار که در متالورژي اهميت بيشتري دارد، قسمت آهن-کاربيدآهن (سمنتيت) است.
چون کاربيد آهن يک ترکيب شبه‌پايدار است، بنابراين دياگرام آهن-کربن را سيستم شبه‌پايدار مي‌نامند. حالت پايدار کربن در فشار اتمسفر، کربن آزاد (گرافيت) است.
قسمت‌هايي که در نمودار با حروف يوناني مشخص شده‌اند، نشانگر محلول‌هاي جامد از نوع بين‌نشيني هستند.

تحولات هم‌دما (ايزوترم) در سيستم آهن-کربن شبه پايدار

خطوط افقي در نمودار، نشان دهنده? استحاله‌هاي هم‌دما هستند.
• استحاله? يوتکتيک : دما 1148?C، غلظت کربن 4?20 درصد
• استحاله? يوتکتوئيد : دما 727?C، غلظت کربن 0?80 درصد
• استحاله? پريتکتيک : دما 1495?C، غلظت کربن 0?18 درصد
البته بايد توجه داشت که غلظت‌ها و دماهاي ذکرشده براي آهن-کربن خالص بوده و با حضور عناصر آلياژي ديگر، اين ثابت‌ها تغيير مي‌کنند.

آلوتروپ‌هاي آهن

• آهن آلفا
• آهن گاما
• آهن دلتا
آهن آلفا يکي از آلوتروپ‌هاي آهن است. اين آلوتروپ از دماي 273- درجه سانتيگراد تا 910 درجه سانتي گراد پايدار است. اين آلوتروپ داراي ساختمان بلوري مکعبي مرکزپر (bcc) است.
ثابت شبکه? آهن آلفاي فرومغناطيس، 2/86 آنگستروم است.
آهن گاما يکي از آلوتروپ‌هاي آهن است که در محدوده? دمايي 912 تا 1394 درجه سانتي گراد پايدار بوده و ساختمان بلوري fcc (مکعبي مرکزپر) دارد.
آهن دلتا يکي از آلوتروپ‌هاي آهن است که از دماي 1401 درجه سانتيگراد تا 1539 درجه سانتيگراد (نقطه? ذوب آهن) پايدار است.
آهن دلتا داراي ساختمان بلوري مکعبي مرکزپر (bcc) است. آهن دلتا داراي خاصيت پارامغناطيس بوده و ثابت شبکه‌ي آن بزرگ‌تر از آهن آلفا است.
ثابت شبکه? آهن دلتا، ‎2/93 آنگستروم است.
فازها و ساختارهاي مخلتف نمودار فازي
• فريت
• اوستنيت
• سمنتيت
• لدبوريت
• پرليت
• بينيت
• مارتنزيت

فِريت:

به محلول جامد از نوع بين‌نشيني کربن در آهن آلفا ?-Fe (آهن مکعبي مرکزپر) فِريت گفته مي‌شود.
حداکثر غلظت کربن در فريت حدود 2/. درصد وزني و در دماي 727 درجه سانتي گراد است.
مقاومت کششي فريت در حدود 40000 پسي (psi) است.

اوستنيت:

به محلول جامد از نوع بين نشيني کربن در آهن گاما (آهن مکعبي وجوه مرکزپر) اوستنيت گفته مي‌شود.
حداکثر حلاليت کربن در آهن گاما، 2 درصد در دماي 1147 درجه سانتيگراد است. اوستنيت در دماي محيط پايدار نيست.

سِمِنتيت:

سِمِنتيت يا کاربيد آهن يک ماده مرکب شيميايي به فرمول شيميايي Fe3C داراي ‎6/67 درصد کربن است. سمنتيت فازي بسيار سخت و شکننده است.
حدس زدن اين مورد شايد آسان باشد. اين لغت برگرفته از کلمه Cement در زبان انگليسي به معناي ماده اي است که مواد مختلف را به هم مي چسباند، مي باشد.
در سال 1855 Osmond و Werth تئوري سلولي را ارائه دادند که در آن نه تنها وجود گونه هاي آلوتروپيک آهن( که امروزه به نام آستنيت و فريت معروف هستند) را پيش نهاد دادند، بلکه در اين تئوري نگاه تازه اي به تشکيل کاربيد ها شده بود. تحقيقات آنها در خصوص فولادهاي پرکربن نشان داد که مخلوطي شامل سلولهاي و دانه هاي آهن وجود دارد که توسط لايه اي از کاربيد آهن محصور شده است.در حين انجماد ابتدا گلبولها يا سلولهاي آهن تشکيل شده و رشد مي کنند و باقيمانده مذاب به صورت کاربيد آهن منجمد مي شود. بدين ترتيب کاربيد تشکيل شده با قرار گرفتن در اطراف سلولهاي قبلي شکل گرفته، آنها را به هم مي چسباند. از اين شرح مي توان دريافت چرا Osmond کاربيد تشکيل شده را از لغت فرانسوي Ciment نامگذاري کرد.
اين فاز در زبان آلماني با Zementit و در انگليسي با Cementite نشان داده مي شود.

لدبوريت:

به مخلوط يوتکتيکي اوستنيت و سمنتيت، لدبوريت گفته مي‌شود که از مذابي با 4/3 درصد کربن در دماي 1147 درجه سانتيگراد تحت يک واکنش يوتکتيکي حاصل مي‌شود. از آنجايي که اوستنيت در دماي محيط پايدار نيست و بر اساس يک واکنش يوتکتوئيدي به پرليت تبديل مي‌شود، لذا ساختمان لدبوريت در دماي محيط به صورت پرليت و سمنتيت خواهد بود.

‌پرليت:

به مخلوط يوتکتوئيدي فريت و سمنتيت، ‌پرليت گفته مي‌شود. پرليت تحت يک تحول يوتکتوئيدي از آهن گاما با 0/8 درصد کربن در 723 درجه سانتيگراد حاصل مي‌شود.

بينيت:

اين فاز به يادبود E.C. Bain شيميدان آمريکايي نامگذاري شده است.
تاريخچه آستمپرينگ به سال 1930 بر مي گردد، زماني که Grossman و Bain در آزمايشگاه هاي فولاد ايالات متحده بر روي ارزيابي پاسخ متالورژيکي فولادهاي سرد شده با سرعت زياد از دماي 1450 درجه فارنهايت (788 درجه سانتيگراد) به دماهاي متناوبا بالا و نگهداري در اين دماها به مدت زمانهاي مختلف هاي در حال کار بودند.
نتيجه تحقيقات آنها چيزي است که ما امروزه به عنوان دياگرامهاي استحاله همدما (Isothermal Transformation Diagram) مي شناسيم.
Grossman و Bain با ساختارهاي معمول متالورژيکي فريت، پرليت و مارتنزيت آشنا بودند. چيزي که آنها کشف کردند ساختار ديگري بود که در بالاتر از دماي آغاز تشکيل مارتنزيت (Ms) و پايين تر از دماي تشکيل پرليت بود.
در فولادها اين ساختار شکل ساختارهاي سوزني (بشقابي) با ظاهري پر مانند را داراست. تحقيقات X ray نشان داد که بينيت شامل فريت و کاربيد فلزي است.

مارتنزيت:

اگر اوستنيت به قدري سريع سرد شود که هيچ يک از استحاله‌هاي بر پايه? نفوذ در آن اتفاق نيافتد و فوق سرمايش تا حدي ادامه يابد که ساختار fcc پايدار نباشد، اين ساختار به صورت برشي به bcc تبديل مي‌شود که از کربن فوق اشباع شده است. فاز حاصل را مارتنزيت مي‌نامند.
منبع:www.smeir.ir
/س