Như đã nói do quan hệ kích thước nguyên tử cacbon nhỏ hơn sắt,

Bán kính nguyên tử cabon: rC = 0,077nm,

Bán kính nguyên tử sắt : rFe = 0,1241nm

=> Nên cacbon chỉ có thể hòa tan có hạn vào sắt ở dạng dung dịch rắn xen kẽ.

Xem thêm: Tương tác giữa Fe-C trong vật liêu

Như đã biết

Sắt có hai kiểu mạng tinh thể:

+ Lập phương tâm khối A2 (tồn tại ở < 911oC – Feα và 1392 – 1539oC – Feδ)

+ Lập phương tâm mặt A1 (911 – 1392oC – Feγ) với các lỗ hổng có kích thước khác nhau

=> Do đó khả năng hòa tan cacbon khác nhau.

Feα và Feδ

Bằng những tính toán hình học đơn giản có thể thấy rằng Feα và Feδ với mạng lập phương tâm khối tuy mật độ xếp thấp, có nhiều lỗ hổng, song mỗi lỗ hổng lại có kích thước quá nhỏ (lỗ tám mặt có r = 0,154rFe, lỗ bốn mặt lớn hơn có r = 0,291rFe), lớn nhất cũng chưa bằng 30% kích thước của nguyên tử sắt hay gần một nửa kích thước nguyên tử cacbon, chỉ chứa nổi khối cầu r = 0,0364nm, không thể nào chứa nổi nguyên tử cacbon.

Do vậy về nguyên lý Feα và Feδ không có khả năng hòa tan cacbon hay độ hòa tan cacbon trong chúng là không đáng kể (có thể coi bằng không).

Feγ

Khác với Feα và Feδ, Feγ với mạng lập phương tâm mặt A1 tuy có mật độ thể tích cao hơn, ít lỗ hổng hơn nhưng lại có loại có kích thước lớn hơn (lỗ bốn mặt r = 0,225rFe, lỗ tám mặt r = 0,414rFe).

Ở lỗ hổng tám mặt này có thể chứa được khối cầu r = 0,052nm, nên có khả năng thu xếp để nguyên tử cacbon lọt vào bằng cách giãn các nguyên tử sắt ra xa.

Do vậy chỉ có Feγ mới hòa tan được cacbon, tuy nhiên như đã nói nguyên tử hòa tan không thể xen kẽ vào mọi lỗ hổng tám mặt đó nên giới hạn hòa tan cacbon trong Feγ chỉ là trên dưới 10% nguyên tử.

Cập nhật lúc 20:15 – 29/09/2019