Çeliğin metalurjik yapısı hem sıcaklıkla hem de Karbon (C ) oranı ile değişir. Bu değişimin diyagramına Demir-Karbon Denge Diyagramı – Fe-C Denge Diyagramı ya da Faz Diyagramı denir.
Faz Diyagramı- FeC Denge Diyagramı
Faz, kendine ait bir atom yapısına sahip ve sınırlarla çevrilmiş bir yapıdır. Çeliğin yapısı da genel olarak çeşitli fazların karışımı şeklindedir. Demir-Karbon denge diyagramı kullanılarak bu yapılarda hangi C oranını ve sıcaklıklarda oluştuğunu ve çeliğin yapısı içinde hangi oranda bulunduklarını belirlemek mümkündür.
Tabi ki fazların yapısal farklılıkları ancak metalografik çalışma ile ayırt edilebilir.
Ferrit ve perlitler üzerinde durmak gerekirse;
Ferrit bir katı eriyiktir. Fe-C karışımının oda sıcaklığındaki katı eriyiğidir. Buna alfa katı eriyiği de denebilir.
Demirin C eritme kabiliyeti soğukta oldukça düşüktür. Bu nedenle saf ferrit yapısının diyagramda düşey eksene çok yakın olduğunu hatta çakıştığını görebiliriz.
Perlit %0,8 içeren çeliğin yapısıdır. Diğer adıyla ötektoid yapı; bir çeşit baklava gibi levhalı bir yapıdır. Gevrek sementit (FeC) levhaları arasında yumuşak ferrit dolgusu vardır.
Karbon (C) oranı %0,8 ‘den az olan çeliklerde yapı, ferrit ve perlit fazlarının karışımıdır. Bu yapıda levhalar arası dolgu malzemesi olarak gereken ferritin fazlası, tane sınırlarında birikerek adacıklar oluşturur.
Alt Kritik Sıcaklık
727°C sıcaklığa kadar çelik bu yapıyı korur. Bu sıcaklıkta çelik billursal yapı yüzey merkezli küp şekline dönüşmeye başlar. Aynı zamanda ferrit ve perlit fazları birbiri içerisinde erir ve tek bir faz haline dönüşür.
Değişikliklerin başladığı bu sıcaklığa alt kritik sıcaklık adı verilir.
Üst Kritik Sıcaklık
Yapısal dönüşümlerin tamamlanması bir üst sıcaklığa kadar devam eder ve buna da üst kritik sıcaklık denilir.
Alt kritik sıcaklık sabit olmasına rağmen üst kritik sıcaklık değişkendir.
C oranına bağlı olarak 912-727°C sınırları arasında değişir. Örneğin; %0,30 karbonlu çelik için üst kritik sıcaklık 800°C civarındadır.
Kritik sıcaklıkların üzerinde çeliğin sahip olduğu yapıya östenit denir.
Diğer bir ismi ile gamma katı eriyiğidir.
Bu faz, karbonun demir içinde daha yüksek oranlarda eriyebildiği bir yapıdır ki demir-karbon denge diyagramında da alt katı eriyiğine nazaran daha geniş bir alanı kapsar.
Genellikle alfa ve gamma katı eriyiğinin görünümleri aynıdır. Ancak elektron mikroskobu ya da x-ışını difraksiyonu ile birinin hacim merkezli küp diğerinin de yüzey merkezli küpe benzediği görülebilir.
Aslında demir-karbon denge diyagramı, pratikte gerçekleşmemekle birlikte, sonsuz zamanda soğuma halinde elde edilebilen bir diyagramdır. Dolayısı ile gerçek koşullarda çeliğin soğuması sırasında karşılaşılan olayları ve ortaya çıkan yapıları açıklamak için yeterli değildir.
