W układzie równowagi Fe-Fe₃C występują fazy stałe:

- ferryt (α) - roztwór stały węgla w żelazie Fe_α, krystalizujący w układzie regularnym przestrzennie centrowanym. Jest to prawie czyste żelazo; rozpuszczalność węgla w żelazie α w temperaturze eutektoidalnej 727C wynosi 0,02%, a w temperaturach normalnych - 0,008%. Do temperatury 770C ferryt jest ferromagnetyczny, a powyżej tej granicy- paramagnetyczny;

- austenit (γ) - roztwór stały węgla w żelazie γ, krystalizujący w układzie regularnym płasko centrowanym. Austenit jest paramagnetyczny. Zależnie od temperatury rozpuszczalność węgla zmienia się od 2,06% w temperaturze 1147C do 0,8% w 727C;

- cementyt (Fe₃C) - faza międzymetaliczna, zawierająca 6,7% C, o strukturze złożonej układu rombowego. W temperaturze A₀=230C przechodzi przemianę magnetyczną; powyżej 230C jest paramagnetyczny, poniżej - ferromagnetyczny. Cementyt jest twardy i zarazem bardzo kruchy.

Rozróżnia się cementyt:

- pierwotny (Fe₃C_I), krystalizujący bezpośrednio z cieczy wzdłuż linii CD,

- wtórny (Fe₃C_II), wydzielający się z austenitu wzdłuż linii ES pod postacią siatki na granicach ziaren austenitu lub igieł,

- trzeciorzędowy (Fe₃C_III), wydzielający się z ferrytu wzdłuż linii PQ wskutek obniżenia się zawartości węgla w żelazie α, tworzy wydzielenia na granicach ziaren ferrytu.

Fazy stałe występujące w układzie równowagi Fe-Fe₃C - ferryt, austenit i cementyt - mogą tworzyć mieszaniny:

- ledeburyt, jest to eutektyczna mieszanina austenitu i cementytu tworząca się przy krzepnięciu z cieczy o zawartości 4,3% C w temperaturze 1147C. Po ochłodzeniu do temperatury 727C austenit znajdujący się w ledeburycie przemienia się w perlit, tak że poniżej tej temperatury występuje mieszanina perlitu i cementytu.

- perlit, jest to eutektoidalna mieszanina ferrytu i cementytu, zawierająca 0,8%C, powstająca przy stałej temperaturze 727C. W stalach wolno chłodzonych ma on budowę pasemkową w postaci na przemian ułożonych płytek ferrytu i cementytu.

Wzrost szybkości chłodzenia powoduje obniżenie temperatur przemian oraz zmniejszenie szybkości dyfuzji węgla w niższych temperaturach, co zahamowuje przemiany dyfuzyjne (przemianę perlityczną).

Gdy szybkość chłodzenia jest większa, austenit przechłodzony poniżej temperatury około 550C, przy znacznie ograniczonej dyfuzji, ulega przemianie w bainit - mieszaninę ferrytu częściowo przesyconego węglem i cementytu. Natomiast wtedy, gdy szybkość chłodzenia jest bardzo duża, austenit przechłodzony poniżej temperatury Ms bez udziału dyfuzji przemienia się w martenzyt - przesycony roztwór stały węgla w żelazie Fe_α.

Na osi czasu można określić dla dowolnej temperatury trwałość przechłodzonego austenitu i czas trwania przemiany. W temperaturze 550C czas ten jest najkrótszy i nazywa się czasem najmniejszej trwałości austenitu. Najmniejsza szybkość chłodzenia, przy której austenit ulega przemianie w martenzyt, zwana jest krytyczną szybkością chłodzenia V_kr.

Przemiana perlityczna zachodzi podczas powolnego chłodzenia i polega na dyfuzyjnym wydzielenie się cementytu oraz przebudowie sieci żelaza Fe_γ w żelazo Fe_α.

Przemiana martenzytyczne - podczas przechłodzenia austenitu do temperatury początkującej przemianę martenzytyczną Ms proces przemiany dyfuzyjnej zostaje całkowicie zatrzymany. Następuje więc tylko przebudowa sieci przestrzennej żelaza γ na żelazo α bez zmiany koncentracji węgla w roztworze stałym.

Przemiana bainityczna zawiera w sobie elementy przemiany zarówno martenzytycznej, jak i perlitycznej. W zakresie temperatur pomiędzy 550C i Ms szybkość dyfuzji węgla w austenicie jest bardzo mała.

Badania mikroskopowe stali po obróbce cieplnej

---