Sim - Curs 9 Fierul Şi Aliajele Fier-Carbon [PDF]

Zitiervorschau

FIERUL ŞI ALIAJELE FIER - CARBON 1. Însuşirile fierului Proprietatea cea mai caracteristică a fierului este existenţa a două forme cristaline diferite, având fiecare domeniul de stabilitate propriu şi particularităţi ale proprietăţilor ca şi când ar fi două metale distincte. Dacă se consideră curbele de încălzire şi de răcire ale fierului , de la temperatura ambiantă la temperatura de topire 1812 K (1539 0C ), se constată unele discontinuităţi.Temperaturile punctelor critice ale curbelor de încălzire sau de răcire sunt simbolizate în literatura prin A2 1043 K ( 770 0C ), A3 1183 K ( 910 0C ), A4 1673 K ( 1400 0C ). Se obişnuieşte a se pune indicele c pentru încălzire-chauffage şi r pentru răcire-refroidissement ( de ex. Ac3 , Ar3 ). Prima discontinuitate a curbelor este situată la temperatura de 1043 K ( 770 0 C) şi corespunde începutului dispariţiei feromagnetismului fierului pur ( punctul Curie). Acest punct a fost multă vreme considerat drept punct critic de trecere de la forma alotropică Fe α la forma alotropică Fe γ, dar cercetările recente cu raze X au arătat nejusteţea acestei ipoteze. Punctul A3 cu 1183 K ( 910 0C ) corespunde unei variaţii mari a proprietăţilor metalului. În momentul când această temperatură este atinsă, în cursul încălzirii are loc o modifcare a structurii cristaline. Această modificare este pusă în evidenţă cu razele X şi noua fază care apare se numeşte fier γ ( Fe γ ). Se reaminteşte că : Fe α are o structură cubică cu volum centrat (cvc) şi atomii ocupă cele 8 vârfuri şi centrul cubului ; Fe γ are o structură cubică cu feţe centrate (cfc) şi atomii ocupă cele 8 vârfuri, precum şi mijlocul feţelor. Aceste două edificii cristaline diferă între ele şi prin valoarea parametrilor reticulari : parametrul reţelei Fe α are valoarea 2,90 Å, iar al Fe γ este de 3,64 Å. Reţeaua cubică cu feţe centrate este mai compactă decât reţeaua cubică centrată. Volumul specific al Fe α este mai mare decât al Fe γ, cu alte cuvinte transformarea Fe α→ Fe γ este însoţită de o contracţie a metalului. Cele două forme alotropice prezintă variaţii diferite în ceea ce priveşte solubilitatea elementelor de aliere. Astfel, Fe α poate dizolva maximum 0,02 % C la 996 K (723 0C ), iar Fe γ poate dizolva 2,06 % C la temperatura de 1420 K (1147 0C). Această solubilitate diferită a condiţionat în mare măsură dezvoltarea considerabilă a siderurgiei. Se precizează că la 1673 K (1400 0C ) , punctul A4 , Fe γ se transformă la rândul său în Fe δ, ce cristalizează în sistemul cubic centrat, deci o structură identică cu a Fe α. În realitate, proprietăţile Fe δ sunt similare cu cele ale Fe α şi de aceea se consideră că Fe δ este un Fe α stabil la temperaturi ridicate. Dacă se extrapolează peste A4 dreapta care reprezintă variaţia parametrilor reticulari ai Fe α , deci peste A3 , se vor găsi exact valorile măsurate ale parametrilor Fe δ.

ALIAJELE FIER-CARBON Aliajele fier-carbon se împart în două grupe mari : oţeluri şi fonte, care corespund diferitelor conţinuturi de carbon. Aliajele Fe-C industriale conţin întotdeauna Si, Mn, P, S care provin din gangă, din minereu, din combustibil sau se introduc în mod intenţionat în cursul elaborării. La aceste elemente trebuie să se mai adauge azotul, hidrogenul, care sunt de asemenea introduse în cantităţi mai mari sau mai mici după modul de elaborare.

În aceste condiţii, pentru studiul oţelurilor şi al fontelor se va folosi

diagrama binară Fe-C.

Diagrama de echilibru fier-carbon Carbonul nedizolvat fie în Fe α, fie în Fe γ poate să se prezinte sub două forme elementare : starea de grafit (carbon liber) şi de compus chimic ( Fe3C) numit cementită. Ca urmare, vor exista două diagrame de echilibru Fe-C : diagrama de echilibru stabilă sau Fe-grafit, trasată punctat şi diagrama de echilibru metastabilă sau Fe-Fe3C (trasată cu linii pline ). În cazul oţelurilor, forma stabilă (Fe-C) nu apare decât excepţional, pe când în cazul fontelor cele două forme se întâlnesc curent. Diagrama metastabilă FeFe3C scoate în evidenţă existenţa unei transformări peritectice (punctul J), o transformare eutectică (punctul C) şi o transformare eutectoidă (punctul S). Linia ABCD este lichidus, AHJECFD-solidus, GS-punctele A3 , linia SEpunctele Acem , linia GPQ-limita domeniului solubilităţii soluţiei solide Fe α (C), linia PS-punctele A1 , linia MO-punctele A2 şi linia NN’-punctele A0. Se precizează că deasupra liniei MO (punctele A2 ), oţelul nu mai este feromagnetic, iar deasupra liniei NN’ (punctele A0 ), cementita îşi pierde proprietăţile magnetice. Aceste linii, MO şi NN’ nu reprezintă linii de echilibru. Punctele principale ale diagramei de echilibru sunt caracterizate prin concentraţiile şi temperaturile date în tabelul de mai jos. Aliajele cu conţinut în C până la 2,06 % se numesc oţeluri, iar cele cu conţinut mai mare se numesc fonte. Oţelurile cu conţinut până la 0,8 % se numesc hipoeutectoide, cele cu 0,8 %C eutectoide, iar cele cu peste 0,8 % hipereutectoide. Fontele cu conţinuturi sub 4,3 % C se numesc hipoeutectice, cele cu 4,3 % eutectice şi cele cu peste 4,3 % C hipereutectice.

Diagrama de echilibru a sistemului binar fier-carbon este o diagramă complexă, cu transformare peritectică, o transformare eutectică şi o transformare eutectoidă. Transformarea peritectică este o transformare primară care constă în reacţia dintre o soluţie lichidă şi o fază solidă, ce coexistă în intervalul de solidificare, rezultând o nouă fază numită peritectic şi care poate fi : compus chimic nestabil până la temperatura de fuziune sau soluţie solidă. Peritecticul este o fază care rezultă din reacţia unei faze solide cu o fază lichidă, la temperatură constantă. Pe diagrama de echilibru, reacţia peritectică este reprezentată printr-o linie dreaptă, orizontală (izotermă) situată între temperaturile de topire ale celor doi componenţi ai aliajului. Fierul şi carbonul formează un sistem de aliaje cu solubilitate totală în stare lichidă, solubilitate parţială în stare solidă, cu formare de compuşi chimici şi cu transformări secundare. Aliajele fier-carbon cristalizează după două sisteme de echilibru termodinamic : - Fe- Fe3C - sistem metastabil ; - Fe-Cgrafit – sistem stabil. Carbonul, solibil nelimitat în fierul lichid în timpul solidificării sau după solidificare se poate separa sub două forme : de compus chimic cu fierul Fe3C denumit cementită (forma metastabilă) sau carbon liber sub forma de grafit ( forma stabilă ). Naşterea uneia sau alteia dintre cele două forme de existenţă a carbonului în aliajele fier-carbon este condiţionată de doi factori importanţi : viteza de răcire a soluţiei lichide şi de compoziţia chimică a aliajelor fier-carbon. Datorită faptului că la răcire cu viteză foarte mică (caracteristică obţinerii stării de echilibru stabil), carbonul se separă sub forma liberă de grafit (forma stabilă), sistemul obţinut se numeşte sistem fier-carbon grafit, iar când viteza de răcire este mai mare, în domeniul stabil se obţine carbonul sub formă metastabilă de compus chimic Fe3C (cementită), sistemul respectiv denumindu-se sistem metastabil fiercementită.

Faze şi constituenţi în sistemul binar fier-cementită Curbele din diagrama de echilibru Fe-Fe3C delimitează 17 domenii de existenţă a cinci faze şi doi constituenţi bifazici în echilibru. -

Soluţia lichidă, notata cu sl este un amestec intim al atomilor de carbon şi de fier

lichid ; există în domeniul monofazic, deasupra liniei lichidus ABCD şi în domeniul de solidificare (ABCDFCEJHA) pe lângă alte faze solide ; - Ferita delta δ ( f δ – fază şi F δ- constituent) este o soluţie solidă a carbonului dizolvat în fier delta Fe δ , cristalizat cubic cu volum centrat ce ia naştere din transformarea primară dupa liniile AB şi AH ; se află în domeniul monofazic AHNA şi în domeniiile bifazice AHJBA şi NHJN. Ferita delta dizolvă maxim 0,09 % C la temperatura de 1487 0C ; - Austenita ( aus, Aus) este o soluţie solidă a fierului dizolvat în fier gama Fe γ, cristalizat în sistem cubic cu feţe centrate, ce poate lua naştere prin transformare primară ; prin transformarea soluţiei lichide după curbele BC şi JB prin reacţia peritectică dintre soluţia lichidă şi ferita delta ce are loc pe izoterma HJB, sau din transformarea secundară a feritei delta după curba NJ datorată transformării alotropice a Fe α în Fe γ. Se află în domeniile monofazice NJESGN sau bifazice : GPSG, SKFCES, JECBJ şi NHJN, situate deasupra izotermei PSK (727 0C). Dizolvă

maxim 2,11 % C la temperatura de 1148 0C. Austenita este faza cu plasticitatea cea mai mare din aliajele Fe-C. Ferita alfa (Fe α), ca şi ferita delta Fe δ, este o soluţie solidă a carbonului dizolvat în fier alfa cristalizat în sistem cubic cu volum centrat. Ia naştere fie prin transformarea alotropică a fierului gama Fe γ din austenită dupa liniile GOS şi GP în fier alfa Fe α, fie prin descompunerea totală a austenitei într-un amestec mecanic după izoterma PSK. Ferita alfa se află în stare liberă în domeniul GPQG şi sub curba PQ, sau legată în amestec mecanic cu cementita sub izoterma PSK. Ferita alfa dizolvă la temperatura ambiantă (20 0C ) o cantitate de 0,001 % C , iar la 727 0 C o cantitate de 0,0218 % C Peste temperatura de 768 0 C (punct Curie) ferita este nemagnetică. Cele două ferite reprezintă una şi aceeaşi fază şi se deosebesc între ele doar prin parametrul reţelei cristaline, care este mai mare la ferita delta.

-

-

Cementita (cem) reprezintă compusul chimic format între fier şi carbon care corespunde formulei Fe3C şi care conţine 6,67 % C şi 93,33 % Fe. În funcţie de modul de formare, cementita poate fi : - cementită primară (cem I ) formată din transformarea primară pe segmentul CD al liniei lichidus ; - cementită secundară (cem II ) separată din austenită după linia de variaţie SE a solubilităţii carbonului în fier sau din descompunerea totală a austenitei după izoterma PSK în amestec mecanic de cementită secundară şi ferită alfa ; - cementita terţiară (cem III ) formată din descompunerea parţială a feritei alfa după linia de variaţie a solubilităţii carbonului în fier alfa, PQ. Toate cele trei forme ale cementitei prezintă aceeaşi formulă chimică ( Fe3C ) , aceeaşi reţea ortorombică, deosebindu-se doar prin gradul de dispersie, cea mai grosolană fiind cementita primară şi cementita terţiară cea mai fină. Cementita se gaseşte atât în stare liberă sub curbele PQ şi SECF şi legată în amestecuri mecanice cu ferita alfa şi austenita sub curba PSECF. La concentraţia de 6,67 % C , unde există 100 % cementită, curba lichidus prezintă un punct de maxim. Cementita este faza cea mai dură dintre aliajele fier-carbon, având duritatea de aproximativ 800 HB.

-

Perlita ( P ) este un amestec mecanic bifazic format prin descompunerea totală a

austenitei la temperatura constantă de 727 0 C ( reacţie eutectoidă ) în ferită alfa şi cementită secundară : Aus 0,77 → Fα 0,0218 + Cem II 6,67 = P 0,77

-

Perlita se află sub izoterma PSK. Aliajul fier-carbon care conţine 0,77 % perlită este eutectoid. Proprietăţile mecanice ale perlitei au valori intermediare între cele ale feritei şi cementitei. Perlita studiată la microscop în urma atacului cu nital la puteri de mărire de peste 300:1 se observă sub formă lamelară sau globulară. Ledeburita ( Led ) reprezintă eutecticul aliajelor Fe- Fe3C. În funcţie de temperatura la care se formează, ea poate fi : - ledeburită primară ( Led I ) care este un amestec mecanic bifazic format prin descompunerea soluţiei lichide la temperatura constantă de 1148 0C, conform reacţiei eutectice : Led 4,3 ↔ Aus 2,11 + Cem I 6,67 = Led 4,3 - ledeburita secundară ( Led II ) este un amestec mecanic format din perlită şi cementită primară, prin descompunerea austenitei din ledeburita primară în ferită alfa şi cementită secundară. Aliajul fier-carbon cu 4,3 % C conţine 100 % ledeburită şi este un aliaj de tip eutectic. Deoarece provine dintr-o transformare primară, ledeburita are o structura

mai grosolană decât a perlitei, este un constituent dur şi fragil, dar cu o turnabilitate bună. La microscop, apare sub formă de insule mici de perlită dispuse pe un fond alb de cementită.

Tipuri de transformări în diagrama de echilibru Fe – Fe3C -

În diagrama Fe-Fe3C au loc următoarele transformări : primară (curba lichidus ABCD şi curba solidus AHJECFD) ; secundare ; transformări alotropice ( curbele AH şi GOSK ) ; transformări datorate variaţiei solubilităţii ( SE şi PQ ) ; transformări magnetice ( PK ). Transformarea peritectică este o transformare primară invariantă care se produce pe izoterma HJB ( 1493 0C ) şi constă din reacţia soluţiei lichide cu ferita delta în urma căreia rezultă austenită cu ferită delta în surplus pe porţiunea HJ : sl + fδ = Aus + F δ sau austenită şi soluţie lichidă în surplus pe linia JB. Transformarea eutectică este de asemenea o transformare primară invariantă care se produce pe izoterma ECF ( 1147 0C ) şi constă în descompunerea soluţiei lichide într-un amestec mecanic format din austenită şi cementită denumit ledeburită primară: sl = Aus + Cem I Transformarea eutectoidă este o transformare care se produce pe izoterma PSK ( 727 0C ) şi constă în descompunerea austenitei într-un amestec mecanic format din ferită alfa şi cementită secundară, denumit perlită : Aus → F α + Cem II Pe măsură ce cantitatea de carbon creşte, punctele critice ale fierului se deplasează în sus sau în jos şi se înmulţesc ca număr. Astfel, punctul critic A4 (1394 0C ) ce reprezintă transformarea alotropică Fe δ → Fe γ urcă după curba NH. Punctul critic A3 ( 912 0C ) ce reprezintă transformarea alotropică Fe δ → Fe α coboară după linia GOS până la 0,77 % C, apoi se menţine constant după izoterma SK. Procentul de 2,11 % C împarte aliajele fier-carbon în oţeluri (0,001 % C - 2,11 % C) şi fonte (2,11 % C - 6,67 % C ).

-

În funcţie de procentul de carbon, oţelurile se clasifică în : oţeluri hipoeutectoide - sunt oţelurile situate în stânga concentraţiei de 0,77 % C ; oţeluri eutectoide, cu concentraţie de carbon de 0,77 % ; oţeluri hipereutectoide, cele situate în dreapta concentraţiei de 0,77 %.

-

Similar, pot fi clasificate şi fontele : fonte hipoeutectice, cu procent de carbon între 2,11 % şi 4,3 % ; fonte eutectice, cu procent de carbon egal cu 4,3 % ; fonte hipereutectice, cu procent de carbon cuprins între 4,3 % şi 6,67 % C.

Solidificarea aliajelor fier-carbon Se vor considera aliaje fier-carbon cu diferite concentraţii în carbon, mai exact aliajele I-VIII din diagramă, spre a evidenţia cele mai caracteristice transformări.

ALIAJUL I cu concentraţie în C sub 0,02 % Se admite că aliajul se găseşte la o temperatură superioară temperaturii liniei lichidus, deci sistemul este format dintr-o soluţie lichidă cu miscibilitate completă a componenţilor. Răcind un asemenea aliaj, curba lui va prezenta diferite inflexiuni ce vor indica apariţia transformărilor fazice. Cu ajutorul metalografiei optice, electronice şi a razelor X se va identifica natura constituenţilor pentru fiecare zonă de transformare. De la temperatura de încălzire T până la punctul 1 se răceşte soluţia lichidă. În intervalul temperaturii punctelor 1 şi 2 există două faze : lichidă Lr şi solida δ. La temperatura punctului 1 (punctul de intersecţie cu linia AB ) se separă din soluţia lichidă primele cristale ale soluţiei solide de inserţie (interstiţie) a carbonului în fierul δ (Feδ + carbon ), notată Feδ (C) sau simplu δ. La temperatura punctului 2 (punctul de intersecţie cu linia AH ) se solidifică întregul lichid şi sistemul este format din soluţia solidă δ, sectorul 2....3 reprezentând răcirea soluţiei solide δ. La temperatura punctului 3 (corespunzătoare liniei HN ) se separă din soluţia solidă δ o altă soluţie de inserţie a carbonului în Fe γ ( Fe γ + C), care se va numi austenită. Sectorul 3....4 reprezintă răcirea soluţiilor solide δ şi A. Austenita se va nota prescurtat cu A sau Fe γ (C). La temperatura punctului 4 se transformă şi restul soluţiei solide δ în austenită, producânduse îmbogăţirea soluţiei solide în carbon după linia NJ. În domeniul temperaturilor corespunzătoare intervalului 4....5 se răceşte austenita. În momentul când temperatura este corespunzătoare punctului 5 ( intersecţia cu linia GS ) , se creează condiţiile termodinamice favorabile apariţiei unei noi faze. Austenita sărăceşte în carbon şi se transformă în parte într-o nouă soluţie solidă de inserţie a carbonului în Fe α, (Fe α +C), numită ferită şi care se notează prescurtat cu F sau Feα (C). În domeniul temperaturii punctelor 5 şi 6 există două soluţii solide (ferita şi austenita ) în echilibru. La temperatura punctului 6 (intersecţia cu linia GP) se creează condiţiile favorabile de transformare a întregii cantităţi de austenită în ferită. Sub această temperatură va fi prezentă în structură o singură fază, ferita, cu conţinutul în carbon egal cu al soluţiei iniţiale. Scăzând în continuare temperatura la cea corespunzatoare punctului 7 (intersecţia cu linia PQ), se eliberează carbon din soluţia solidă α şi se formează o noua fază Fe3C care se numeşte cementita terţiară CeIII , spre a se deosebi de cementita ce apare direct din lichid şi din austenită. De la temperatura punctului 7 şi până la temperatura ambiantă continuă micşorarea solubilităţii carbonului în Fe, se eliberează atomi de carbon şi creşte cantitatea de cementită terţiară. La temperatura ambiantă vor fi prezente fazele ferită şi cementită ( F + CeIII ).

ALIAJUL II cu conţinut în carbon de 0,15 % Are curba de răcire cu alura din figura de mai jos. Până la temperatura punctului 2, aliajul prezintă aceleaşi transformări ca şi cele arătate la aliajul I, L→Lr + δ. La temperatura 2 (corespunzatoare liniei peritectice HJB) are loc transformarea peritectică L + δ→ A, adica trecerea soluţiei lichide şi a celei solide într-o nouă soluţie solidă , austenita. În continuare, aliajul prezintă aceleaşi transformări ca şi aliajul I până la temperatura punctului 4 ( corespunzătoare temperaturii eutectoidului), când se transformă austenita în amestecul mecanic de ferită şi cementită, care se numeşte perlită P. În mod convenţional, se va nota cu FP ferita perlitei şi cu CeP cementita perlitei. Ferita perlitei conţine 0,02 % C, iar cementita perlitei are 6,67 % C. Structura aliajului cu 0,15 % C este formată din ferită proeutectoidă F şi perlită.

ALIAJUL III cu conţinut 0,3 % C (între 0,15 şi 0,51)

Până la temperatura peritecticului, este format din fazele în echilibru lichid şi soluţie solidă δ. La temperatura peritecticului se va produce transformarea Lr + δ→ Lr + A, când soluţia lichidă dizolvă întreaga fază δ şi apoi cristalizează în parte într-o nouă soluţie solidă γ (austenita ) rămânând şi lichid nesolidificat. Sub temperatura punctului 3 (linia JE) se solidifică întreaga cantitate de lichid şi apare austenita. La temperatura punctului 4 ( linia GS) se separă din austenită o noua fază, ferita şi în structură vor fi prezente austenita netransformată şi ferita. Transformările structurale au loc în continuare ca şi în aliajul II, ajungându-se în final la echilibrul fazelor ferită proeutectoidă şi perlită. Microstructura unui oţel cu 0,3 % C este formată din ferită proeutectoidă şi perlită. Cantitatea de ferită este mai mică decât în cazul precedent, iar cantitatea de perlită a crescut.

ALIAJUL IV cu un conţinut de 0,8 % C Este caracteristic oţelurilor eutectoide şi are sub temperatura punctului 2 (corespunzatoare liniei JE) structura formată din soluţia solidă γ – austenita. Răcirea în continuare până la atingerea temperaturii eutectoidului creează condiţii termodinamice favorabile şi austenita trece direct în perlită. Transformarea eutectoidă este caracterizată prin concentraţie constantă şi temperatură constantă 0,8 % C şi 996 K ( 723 0 C). Structura oţelului cu 0,8 % C este formată numai din perlită. Mărimea lamelelor de ferita perlitei şi de cementita perlitei este funcţie de viteza de răcire aplicată.

ALIAJUL V cu un conţinut în carbon de 1,0 % C Este caracteristic pentru aliajele cu un conţinut între 0,8….2,06 % C ( hipereutectoide) şi are, la temperaturi inferioare punctului 2, o structură austenitică. Răcirea în continuare provoacă micşorarea conţinutului în carbon al austenitei ( de la 2,06 % la 0,8 % ) şi apare cementita secundară, de-a lungul liniei ES. La temperatura punctului 4, aliajul suferă transformarea eutectoidă şi austenita se transformă în perlită. Sub temperatura eutectoidului, în structură vor fi prezente : cementita secundară CeII sub formă de reţea şi perlita.

ALIAJUL VI cu un conţinut de 3 % C Este caracteristic fontelor hipoeutectice şi care, răcit lent, separă din soluţia lichidă la temperatura punctului 1 cristale de soluţie solidă γ ( austenita), iar la atingerea temperaturii punctului 2, Te =1420 K se creează condiţiile termodinamice favorabile transformării eutectice.. Constituenţii structurali în echilibru vor fi austenita A şi ledeburita Le. Răcirea în continuare provoacă separarea cementitei secundare din austenită după linia SE. La atingerea temperaturii punctului 3 (temperatura eutectoidului), austenita se transformă în perlită şi în structură vor fi prezente : perlita, cementita secundară şi ledeburita.

ALIAJUL VII cu un conţinut în carbon de 4,3 %

Este specific fontelor eutectice şi, la atingerea temperaturii eutectice, din lichid se separă simultan cristale de austenită şi de cementită care formează eutecticul : ledeburita

Le. Ledeburita este un amestec mecanic format din austenită şi cementită la temperatura eutecticului. Austenita ledeburitei conţine 2,06 % C, iar cementita ledeburitei 6,67 % C, Le = ALe + CeLe . La temperaturi sub A13 , austenita ledeburitei se transformă în perlită şi la temperatura ambiantă structura va fi formată din perlită şi cementită. Microstructura fontei cu 4,3 % C este arătată în figura de mai jos.

ALIAJUL VIII cu un conţinut de 5 % C Este caracteristic fontelor hipereutectice. La atingerea temperaturii punctului 1 ( linia CD) se separă din lichid cristale de cementită , care se va numi cementita primară Ce I. Sub temperatura eutecticului, în structură vor fi prezente cementita primară şi eutecticul ledeburită ( CeI + Le). Răcirea în continuare provoacă transformări în stare solidă. Suferă transformări austenita ledeburitei care se descompune şi, sub A13 , se transformă în perlită. La temperatura ambiantă, constituenţii în echilibru vor fi ledeburita şi cementita primară, ca în figura de mai jos.

S-a arătat mai înainte că de-a lungul liniilor A3 se separă ferita proeutectoidă, iar de-a lungul liniei Acem se separă cementita secundară. Existenţa liniei Acem poate fi interpretată în modul următor : în punctul E, reţeaua austenitei conţinând 2,06 % C este dilatată în raportul 77 / 52 (raza atomului de C şi raza unor goluri). Când temperatura scade, reţeaua se contractă şi expulzează atomi de carbon. Existenţa liniei A3 este o consecinţă a transformării alotropice Fe γ→Fe α. De fapt, când temperatura scade, transformarea alotropică are tendinţa de a se produce, se separă treptat ferita care conţine foarte puţin carbon, iar austenita se îmbogăţeşte în carbon pe măsură ce transformarea se desfăşoară şi în momentul când s-a atins punctul S, austenita bogată în carbon dă naştere perlitei. Din cele prezentate se poate vedea că aliajele fier-carbon, care se solidifică după sistemul metastabil, prezintă la temperatura ambiantă două faze : ferita şi cementita, iar forma şi amplasarea lor este diferită în funcţie de relaţiile de cristalizare primare sau secundare.