Stopy zawierające poniżej 2,11% (według norm polskich, zaś europejskich 1,75%) węgla to stale lub staliwo, a powyżej tej zawartości to żeliwo.
Wraz ze wzrostem udziału węgla struktura stopu żelaza z węglem przybiera odmienne formy:
przy bardzo niewielkiej zawartości węgla, poniżej 0,0218% udaje się uzyskać niemal czyste żelazo α zwane ferrytem,
przy zawartościach węgla pomiędzy 0,0218% a 0,77% otrzymuje się stopy podeutektoidalne (stale podeutektoidalne), które są mieszaninami ferrytu i perlitu,
przy zawartości 0,77% węgla uzyskuje się perlit będący mieszaniną eutektoidalną ferrytu i cementytu,
stopy w zakresie 0,77% do 2,11% – stale nadeutektoidalne – są mieszaninami perlitu i cementytu,
stopy o zawartości węgla powyżej 2,11% (żeliwo), są mieszaninami ledeburytu przemienionego i perlitu (do 4,3% węgla) lub cementytu (powyżej 4,3% węgla). W przypadku stosunkowo wolnego chłodzenia w stopach tych może także wystąpić grafit,
przy zawartości węgla 4,3%, w krzepnącym stopie, powstaje ledeburyt, który w czasie dalszego chłodzenia w temperaturach poniżej 727 °C przekształca się w ledeburyt przemieniony. Ledeburyt jest eutektyką.
Wykres równowagi układu żelazo-węgiel – jest to wykres fazowywęgla w stopie z żelazem. Pierwszą, najczęściej wykorzystywaną i omawianą część wykresu nazywa się także wykresem żelazo – cementyt. Na osi poziomej podana jest procentowa zawartość węgla w stopie, na osi pionowej temperatura. Z wykresu można odczytać jaką strukturę posiada stop, przy założeniu równowagowego procesu wytwarzania. Przy, na przykład, szybkim chłodzeniu stop może zachowywać się w inny sposób (na przykład granica rozpuszczalności węgla w ferrycie wzrasta wraz z wielkością przechłodzenia).
Należy zaznaczyć, że jest to tylko fragment wykresu równowagi układu żelazo-węgiel (zwany wykresem żelazo-cementyt), zawarty pomiędzy 0% a 6,69% (czasem mówi się 6,67%) węgla. Nazwa pochodzi od nazwy faz na granicach wykresu – z lewej jest żelazo (Fe), a z prawej cementyt (Fe3C). Jest on najbardziej istotny ze względów praktycznych, gdyż większe stężenie węgla powoduje zbyt dużą kruchość stopu.
Wykres równowagi stabilnego układu żelazo-węgiel i metastabilnego żelazo-cementyt
Charakterystyczne punkty wykresu.
Układ metastabilny
żelazo – cementyt
Układ stabilny
żelazo – węgiel
Punkt
stężenie węgla
przy temp.
Punkt
stężenie węgla
przy temp.
A
0% C
1538 °C
A
0% C
1538 °C
H
0,09% C
1495 °C
H
0,09% C
1495 °C
J
0,17% C
1495 °C
J
0,17% C
1495 °C
B
0,53% C
1495 °C
B
0,53% C
1495 °C
N
0% C
1394 °C
N
0% C
1394 °C
D
6,67% C
1227 °C
D′
∞(?)% C
∞(?) °C
C
4,3% C
1148 °C
C′
4,26% C
1154 °C
E
2,11% C
1148 °C
E′
2,08% C
1154 °C
F
6,67% C
1148 °C
F′
6,67% C
1154 °C
G
0% C
912 °C
G
0% C
912 °C
M
0,0168% C
770 °C
M
0,0168% C
770 °C
O
0,45% C
770 °C
O
0,45% C
770 °C
P
0,0218% C
727 °C
P′
0,0205% C
738 °C
S
0,77% C
727 °C
S′
0,68% C
738 °C
K
6,67% C
727 °C
K′
6,67% C
738 °C
Q
0,008% C
20 °C
Q
0,008% C
20 °C
Charakterystyczne linie wykresu.
linia
stan skupienia
przemiana
opis
AB
Likwidus
Początek wydzielania fazy α(δ)
Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku wydzielania fazy α(δ)
BC
Likwidus
Początek wydzielania fazy γ
Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku wydzielania fazy γ
CD
Likwidus
Początek wydzielania cementytu pierwotnego z roztworu ciekłego
Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w fazie ciekłej w wyniku wydzielania cementytu
AH
Solidus
Koniec krzepnięcia fazy α(δ)
Odpowiada zmiennemu stężeniu węgla w kryształach fazy α(δ)
↑Encyklopedia techniki. T. Metalurgia. Katowice: Wydawnictwo „Śląsk”, 1978, s. 459. (pol.).
↑Materiały dydaktyczne Politechniki Szczecińskiej Struktury stopów według układu równowagi żelazo – węgiel. [w:] Przedmiot: Podstawy nauki o materiałach II (Tworzywa Metaliczne) [on-line]. Politechnika Szczecińska, Instytut Inżynierii Materiałowej, Zakład Metaloznawstwa i Odlewnictwa. [dostęp 2016-03-15]. (pol.).; bibliografia: St. Rudnik: Metaloznawstwo. Warszawa: PWN, 1996. (pol.). Brak numerów stron w książce, St. Prowans: Materiałoznawstwo. Warszawa: PWN, 1997. (pol.). Brak numerów stron w książce, K. Przybyłowicz: Metaloznawstwo. Warszawa: WNT, 1996. (pol.). Brak numerów stron w książce, K. Wesołowski: Metaloznawstwo i obróbka cieplna. Warszawa: WNT, 1981. (pol.). Brak numerów stron w książce
