21-12-2025-Materials Technologies - The Fe–C Phase Diagram [EN]-[IT]

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ENGLISH

21-12-2025-Materials Technologies - The Fe–C Phase Diagram [EN]-[IT]
With this post, I would like to provide a brief introduction to the topic mentioned above.
(lesson/article code: EX_LZ_30)

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Introduction to the Fe–C Phase Diagram
Below is the Iron–Carbon phase diagram. (Fe–C)

This diagram is also known as:
-iron–cementite diagram,
-Fe–Fe₃C diagram,
-ferrous alloy equilibrium diagram,
-iron–carbon phase diagram.

This diagram shows the phases and transformations that occur in iron-carbon alloys as temperature and carbon content vary.
Iron-carbon alloys are steels and cast irons.
In the graph, we have:
the temperature on the vertical axis,
the carbon content on the horizontal axis.

What is it for
The Iron–Carbon (Fe–C) phase diagram is used to understand the formation of ferrite (α), austenite (γ), cementite (Fe₃C), pearlite and its transformations, white and gray cast irons, the boundary between steels (<2% C) and cast irons (>2% C), eutectoid (0.76% C at 723°C) and eutectic (4.3% C at 1148°C).

Some considerations
At the eutectoid transformation point, solid austenite with 0.8% carbon forms a hypoeutectoid steel at room temperature. It is composed of: α ferrite (maximum solubility 0.02% C) + cementite Fe₃C.

The maximum solid-state solubility of carbon in α-ferrite is 0.8% at 723°C.

The eutectoid transformation occurs at 723°C.

At the peritectic transformation point, the liquid combines with δ-ferrite, with 0.09% carbon, to form γ-austenite, with 0.17% carbon.

Real Case
Let's consider a steel company that produces beams, sheets, rails, U, I, and H sections for the construction and mechanical industries.

This company must precisely control the percentage of carbon in its steels, because it determines:
-hardness
-ductility
-weldability
-tensile strength
-heat treatment behavior.

To accomplish all this, the company uses the Fe–C phase diagram, monitoring the composition (C%) in its steel mill.

Conclusions
The Iron–Carbon (Fe–C) phase diagram is important for designing heat treatments such as quenching, tempering, and annealing. It allows us to predict mechanical properties and understand what happens during solidification. This diagram is also very useful for analyzing cast irons.
We can conclude that the phase diagram of the iron–carbon system is fundamental for the study and technology of steels and cast irons.

Question
Did you know that companies such as ArcelorMittal, Tenaris, ILVA, and ThyssenKrupp use the Fe–C diagram on a daily basis?
Did you know that Sir William Chandler Roberts-Austen (1843–1902) is considered the pioneer of the iron–carbon diagram?
Did you know that in 1897, he contributed to its formalization by studying the transformations of iron–carbon alloys as a function of temperature and carbon content?

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ITALIAN

21-12-2025-Tecnologie dei materiali - Il diagramma di stato Fe–C [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_LZ_30)

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Introduzione al diagramma di stato Fe–C
Qui di seguito è riportato il diagramma di stato Ferro–Carbonio (Fe–C)

Questo diagramma è conosciuto anche come:
-diagramma ferro–cementite,
-diagramma Fe–Fe₃C,
-diagramma di equilibrio delle leghe ferrose,
-iron–carbon phase diagram.

Questo diagramma mostra le fasi e le trasformazioni che avvengono nelle leghe ferro-carbonio al variare della temperatura e della percentuale di carbonio.
Le leghe ferro carbonio sono acciai e ghise.
Nel grafico abbiamo:
nell'asse verticale la temperatura
nell'asse orizzontale la percentuale di carbonio.

A cosa serve
Il diagramma di stato Ferro–Carbonio (Fe–C) viene usato per capire la formazione di ferrite (α), di austenite (γ), cementite (Fe₃C), perlite e le sue trasformazioni, ghise bianche e grigie, limite tra acciai (<2% C) e ghise (>2% C), eutettoide (0,76% C a 723 °C) e eutettico (4,3% C a 1148 °C)

Alcune considerazioni
Al punto di trasformazione eutettoidica, l'austenite solida con 0.8% di carbonio forma un acciaio ipoeutettoide a temperatura ambiente è composto da: ferrite α (massima solubilità 0.02% C) + cementite Fe₃C.

La massima solubilità allo stato solido del carbonio nella ferrite α è 0,8% a 723 °C

La trasformazione eutettoidica avviene alla temperatura di 723 °C

Al punto di trasformazione peritettica il liquido si combina con ferrite δ, con 0.09% di carbonio, per formare austenite γ con 0,17% di carbonio

Caso reale
Pensiamo ad un'azienda siderurgica che produce: travi, lamiere, rotaie, profilati U,I,H per l'edilizia e il settore meccanico.

Questa azienda deve controllare con precisione la percentuale di carbonio negli acciai, perché da essa dipendono:
-durezza
-duttilità
-saldabilità
-resistenza a trazione
-comportamento nei trattamenti termici

Per fare tutto questo, l’azienda utilizza il diagramma di stato Fe–C., eseguendo il controllo della composizione (C%) nelle propria acciaieria.

Conclusioni
Il diagramma di stato Ferro–Carbonio (Fe–C) è importante per progettare trattamenti termici come la tempra, il rinvenimento e la ricottura. Con esso si possono prevedere le proprietà meccaniche e sapere cosa avviene durante la solidificazione. Questo diagramma è molto utile anche per analizzare le ghise.
Possiamo concludere dicendo che il diagramma di fase del sistema ferro–carbonio è fondamentale per lo studio e la tecnologia degli acciai e delle ghise.

Domanda
Sapevate che aziende come ArcelorMittal, Tenaris, ILVA oppure ThyssenKrupp usano quotidianamente il diagramma Fe–C?
Sapevate che Sir William Chandler Roberts-Austen (1843–1902) è considerato il pioniere del diagramma ferro-carbonio?
Sapevate che egli nel 1897, contribuì alla sua formalizzazione studiando le trasformazioni delle leghe ferro-carbonio in funzione della temperatura e del contenuto di carbonio?

THE END