Ở trạng thái rắn có thể gặp bốn pha sau:

1 – Ferit

Ferit (có thể ký hiệu bằng α hay F hay Feα) là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Feα với mạng lập phương tâm khối (a = 0.286 – 0.291 nm) song do lượng hòa tan quá nhỏ (lớn nhất là 0,02%C ở 727˚C – điểm P, ở nhiệt độ thường thấp nhất chỉ còn 0,006%C – điểm Q) nên có thể coi nó là Feα.

Cacbon không thể chui vào lỗ hổng của Feα, lượng cacbon hòa tan không đáng kể này là nằm ở các khuyết tật mạng, chủ yếu là ở vùng biên giới hạt.

Ferit có tính sắt từ nhưng chỉ đến 768˚C. Trên giản đồ nó tồn tại trong vùng GPQ (tiếp giáp với Feα trên trục sắt). Do không chứa cacbon nên cơ tính của ferit chính là của sắt nguyên chất: dẻo, dai, mềm và kém bền.

Trong thực tế ferit có thể hòa tan Si, Mn, P, Cr… nên sẽ cứng và bền hơn song cũng kém dẻo dai đi.

Ferit là một trong hai pha tồn tại ở nhiệt độ thường và khi sử dụng (< 727˚C), song với tỷ lệ cao nhất (trên dưới 90%), nên nó đóng góp một tỷ lệ quan trọng trong cơ tính của hợp kim Fe – C. Tổ chức tế vi của ferit trình bày ở bên dưới có dạng các hạt sáng, đa cạnh.

2- Austenit

Austenit [ có thể ký hiệu bằng γ, A, Feγ(C) ] là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Feγ với mạng lập phương tâm mặt (a ≈ 0,364nm) với lượng hòa tan đáng kể cacbon (cao nhất tới 2,14% hay khoảng 8,5% về số nguyên tử ở 1147˚C – điểm E, tức tối đa tính bình quân cứ ba – bốn ô cơ sở mới có thể cho phép một nguyên tử cacbon định vị vào một lỗ hổng tám mặt trong chúng, ở 727˚C chỉ còn 0,80%C – điểm S).

Khác với ferit, austenit không có tính sắt từ mà có tính thuận từ, nó chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao (> 727 ˚C) trong vùng NJESG (tiếp giáp với Feγ trên trục sắt) nên không có quan hệ trực tiếp nào đến khả năng sử dụng của hợp kim nhưng lại có vai trò quyết định trong biến dạng nóng và nhiệt luyện.

Với tính dẻo rất cao (là đặc điểm của mạng A1) và rất mềm ở nhiệt độ cao nên biến dạng nóng (dạng chủ yếu để tạo phôi và bán thành phẩm) thép bao giờ cũng được thực hiện ở trạng thái austenit đồng nhất (thường ở trên dưới 1000˚C).

Vì thế có thể tiến hành biến dạng nóng mọi hợp kim Fe – C với C < 2,14% dù cho ở nhiệt độ thường thể hiện độ cứng và tính giòn khá cao.

Làm nguội austenit với tốc độ khác nhau sẽ nhận được hỗn hợp ferit – xêmentit với độ nhỏ mịn khác nhau hay được mactenxit với cơ tính cao và đa dạng, đáp ứng rộng rãi các yêu cầu sử dụng và gia công.

Tổ chức tế vi của austenit trình bày ở bên dưới có các hạt sáng, có thể với màu đậm nhạt khác nhau đôi chút (do định hướng khi tẩm thực) và các đường song tinh (song song) cắt ngang hạt (thể hiện tính dẻo cao).

3- Xêmentit

Xêmentit (có thể ký hiệu bằng Xe, Fe3C) là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức Fe3C và thành phần 6,67%C, ứng với đường thẳng đứng DFKL trên giản đồ.

Đặc tính của xêmentit là cứng và giòn, cùng với ferit nó tạo nên các tổ chức khác nhau của hợp kim Fe – C. Người ta phân biệt bốn loại xêmenntit:

– Xêmentit thứ nhất (XeI) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong hợp kim lỏng theo đường DC khi hạ nhiệt độ, chỉ có ở hợp kim có > 4,3%C. Do tạo thành ở nhiệt độ cao (> 1147˚C) nên xêmentit thứ nhất có dạng thẳng, thô to đôi khi có thể thấy được bằng mắt thường.

– Xêmentit thứ hai (XeII) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong Austenit theo đường ES khi hạ nhiệt độ, thường thấy rất rõ ở hợp kim có > 0,80 cho tới 2,14%C. Do tạo thành ở nhiệt độ tương đối cao (> 727˚C) tạo điều kiện cho sự tập trung ở biên giới hạt, nên khi xêmentit thứ hai với lượng đủ lớn sẽ tạo thành lưới liên tục bao quanh các hạt austenit (peclit), tức tạo ra khung giòn, làm giảm mạnh tính dẻo và dai của hợp kim.

– Xêmentit thứ ba (XeIII) được tạo thành đo giảm nồng độ cacbon trong ferit theo đường PQ khi hạ nhiệt độ, với số lượng (tỷ lệ) rất nhỏ (nhiều nhất cũng chỉ là 2o/oo) nên rất khó phát hiện trên tổ chức tế vi và thường được bỏ qua.

– Xêmentit cùng tích được tạo thành do chuyển biến cùng tích austenit → peclit. Loại xêmentit này có vai trò rất quan trọng

Cập nhật lúc 21:40 – 23/09/2019