Вторинна кристалізація.

У сплавах Fe-Fe₃C у твердому стані протікають алотропічні перетворення Feγ і Feα і розпад твердих розчинів γ і α, обумовлений зміною розчинності вуглецю в залізі γ при пониженні температури. Fe_γ при 911⁰С (точка G перетворюється в Fe_α-модификацію, яка розчиняє С в незначній кількості 0,02% при 727^оС). У зв'язку з алотропічним перетворенням, утворений при первинній кристалізації аустеніт нижче лінії РSК існувати не може і при повільному охолодженні розпадається на евтектоїдну суміш (перліт). Виділення фериту відбувається по лінії GS, а вторинного цементиту по лінії SE. Лінія GS є геометричним місцем точок Ас₃ при нагріванні й А₂₃ - при охолодженні, а лінія SE - геометричним місцем точок, що відповідають виділенню з аустеніту вторинного цементиту. Він позначається як А_ст. Закінчення алотропічного перетворення Fe_γ в Fe_α і розпад твердого розчину γ в усіх сплавах (як сталях, так і в чавунах) спостерігається при одній температурі 727^оС; точку, що відповідає цій температурі, позначають А₁ (Ас₁ - при нагріванні і А₂₁ - при охолодженні). Нижче кривої РQ (область IX) відбувається розпад α-твердого розчину з виділенням з нього третинного цементиту.

I - рідкий розчин; II - рідкий розчин + аустеніт;

III - рідкий розчин + цементит_I; IV - аустеніт;

V - аустеніт + ферит; VI - аустеніт + цементит_II;

VII - ледебурит + аустеніт +цем-т_II; VIII – ферит;

IIX - ферит + цементит_III; X - ферит + перліт;

XI - перліт + цементит_II; XII - лед-рит/перліт + цем-т/ перліт +цем._II

XIII - ледебурит + цементит_I; XIV - лед-рит/перліт + цементит/цем._I

В залежності від вмісту вуглецю і мікроструктури, при кімнатній температурі сплави по діаграмі підрозділяють на дві групи: сталі та чавуни. Сплави зі вмістом вуглецю до 2,14% (немає ледебуриту) називають сталями, а зі вмістом вуглецю понад 2,14% (у структурі - ледебурит) - чавунами.

В залежності від концентрації вуглецю та структури, сталі й чавуни поділяють на:

-доевтектоідні сталі (до 0,8% С) - структура ферит +перліт;

-евтектоідну сталь (0,8% С) - структура перліт;

-заевтектоідні сталі (більше 0,8% і до 2,14% С) - структура перліт + цементит вторинний;

-доевтектичні чавуни (2,14 4,3% С) - структура ледебурит/перліт + цементит/ + перліт + цементит вторинний;

- евтектичний чавун (4,3% С) - структура ледебурит;

- заевтектичні чавуни (більше 4,3 і до 6,67% С) - структура ледебурит/перліт + цементит/ + цементит первинний;.

Розглянута діаграма стану Fe-Fe₃C не є рівноважною (є метастабільною), тому що отримана в умовах швидкого охолодження. Якщо залізовуглецеві сплави піддавати дуже повільному охолодженню чи вводити в них кремній та інші елементи, що сприяють графітизації, то замість цементиту може бути отримано вуглець у вільному стані у вигляді графіту, що є продуктом розпаду цементиту по реакції Fe₃C=3Fe+C чи виділяється безпосередньо з рідкого розчину.

Діаграма стану сплавів залізо-графіт зображується пунктирними лініями. Лінії діаграм Fe-Fe₃C і залізо-графіт не співпадають тому, що при всіх температурах межа розчинності графіту в залізі менша, ніж цементиту. Евтектична (1152^о С) та евтектоідна температура в системі графіт вище, ніж у системі Fe-Fe₃C. Діаграма стану залізо-графіт - рівноважна (стабільна). За нею вивчають сірі чавуни, структурною ознакою яких є наявність графіту, що виділяється на структурній основі. На практиці системи Fe-Fe₃C і залізо-графіт зустрічаються разом, наприклад, сірий чавун, структура якого містить і графіт, і цементит, і перліт.

Діаграма стану залізовуглецевих сплавів – найважливіша діаграма в металознавстві і має велике практичне значення. Вона може бути використана при визначенні температур плавлення та кристалізації сталі і чавунів у ливарній справі, температурних інтервалів гарячої обробки сталі тиском, а також температур нагрівання сталі при різних видах хімічної і хіміко-термічної обробки.

А - 210 °С Магнітне перетворення Fe₃C А₃ - GS

А₁- 727 °С Перлітне перетворення A₄ - 1400°С

А₂- 763 °С Магнітне перетворення Fe A_ст - SE