在加工完的
钢和
铸铁中,总会含有一定数量的
碳元素,这些碳元素所占的比重决定了钢/铸铁的特性。通过铁碳合金相图,人们可以直观的看出(钢铁)形成过程中的组分变化与碳元素含量、
温度间的相互关系。
碳是铁碳合金中最重要的合金元素,碳含量小幅的变化也可能会对合金的材质或性质有大的影响。铁碳合金相图可以表达温度及碳的浓度对钢铁的影响,不过没有其他金属的资讯。铁碳合金相图可以分为二部分:亚稳定的Fe-Fe3C系统,其中的碳已和铁键结,以及
稳定的Fe-C系统,其中碳以
石墨的形式存在。铁碳合金相图一般会包括这两个系统,不过Fe-Fe3C系统用到的比较多。
相图中的X轴是碳的含量,Y轴是
温度。图1中只标示一般比较常用到的部分,也就是碳含量在0%到6.67%的区域(只有少量合金的含量高过此值),碳含量6.67%约对应100%的
碳化三铁。相图中代表性的位置用英文字母表示,有些标示方式会省略英文字母I,改用字母J表示。
其中折线ABCD是
液相线,在液相线以上的部分为液体。折线AHIECF为
固相线,低于固相线的部分为固体。在液相线和固相线之间的是糊状、部分熔化的区域,其中包括δ铁、γ铁和
碳化三铁(Fe3C).有不同的浓度及比例。若合金冷却到液相线下时,会渐渐的
结晶。
珠光体和
莱氏体不算是特别的相,只是一种相混合状态(
微结构)。珠光体和莱氏体只会出现在稳定,或是亚稳定的系统中,例如缓慢的冷却。若是快速冷却(例如淬火)会形成
马氏体,是一种硬脆的结构。以下是在亚稳定的系统中,一些特殊的点、线及现象。
铁碳化合物
碳化三铁(Fe3C)也是一个相,但和上述铁和碳混合的相不同,碳化三铁是中间相,碳化三铁会以三种不同的形式出现,但其化学成分是一样的。
配合铁碳合金相图,可以清楚的回答一些有关
钢(可锻的铁碳合金,碳含量小于2.6%)及
铸铁(不可锻的铁碳合金,碳含量大于2.6%)的特性问题。