Úvod do metalografie
str. 1
Úvod do metalografie Metalografie je nauka o makrostruktuře kovů a jejich vlastnostech. Makrostruktura a vnější vlastnosti kovových materiálů jsou ovšem projevem jejich mikrostruktury. Proto je pro pochopení základů metalografie nutný úvod do vnitřní stavby kovů.
Vnitřní stavba kovů Pro kovy je charakteristická kovová chemická vazba s volně pohyblivými elektrony ve valenční sféře, tvořícími tzv. elektronový mrak. Tento druh vazby dává kovům jejich typické fyzikální, mechanické a technologické vlastnosti: velkou tepelnou a elektrickou vodivost, plasticitu a houževnatost. Atomy kovů jsou uspořádány v krystalové mřížce, složené z elementárních buněk. Nejčastěji se u kovů vyskytují buňky krychlové, čtverečné, kosočtverečné a šesterečné. Mřížky a buňky jsou znázorňovány geometrickými tvary složenými z úseček spojujících základní polohy atomů. Rozměry buněk jsou řádově 10-7 mm. Je třeba si uvědomit, že atomy jsou ve skutečnosti v pohybu a kolem své základní polohy kmitají. Velikost výkmitu ze základní polohy závisí na teplotě kovu. Přiváděním tepla se zvyšuje kinetická energie atomů, v okamžiku tavení se atomy ze své základní polohy zcela uvolňují. Skutečný tvar mřížky a buňky ovšem idealizovanému znázornění neodpovídá. Nepravidelnosti mřížek se nazývají mřížkovými poruchami. Mohou být bodové, kdy v některém místě atom chybí nebo naopak přebývá, nebo čárové (tzv. dislokace), kdy v mřížce chybí nebo přebývá část vrstvy atomů. Některé kovy, například železo, vykazují schopnost krystalizovat ve více tzv. alotropických modifikacích (podobách). Modifikace se navzájem odlišují rozdílnou krystalickou stavbou a z toho vyplývajícími rozdílnými fyzikálními vlastnostmi. Označují se indexy, ke kterým se užívá písmen řecké abecedy. Krychlovou prostorově středěnou, jinak kubickou stereocentrickou buňku mají například Fe, , (železo modifikací , , ), Cr (chrom), Li (lithium), K (draslík), Mo (molybden), Na (sodík), Ta (tantal), W (wolfram), V (vanad), Rb (rubidium), Cs (cesium), Ba (baryum), Nb (niob). Navenek se tyto kovy jeví jako málo plastické látky. Krychlovou plošně středěnou, jinak kubickou planicentrickou buňku mají například Fe (železo modifikace ), vápník Ca (vápník modifikace ) , Sr (stroncium), Al (hliník), Rh (rhodium), Ir (iridium), Pd (palladium), Pt (platina), Cu (měď), Ag (stříbro), Au (zlato), Pb (olovo). Navenek se tyto kovy jeví jako velmi tvárné (plastické). Šesterečnou buňku mají například Zn (zinek), Cd (kadmium), Mg (hořčík), Be (beryllium), Ti (titan), Zr (zirkonium), Co (kobalt), Ru (ruthenium).
Rovnovážné stavy systémů Pod termínem kov se může rozumět jak určitý kovový prvek, tak slitina několika kovových prvků nebo dokonce slitina některého kovu s nekovem. Slitiny mohou být složeny z různého počtu složek. V tomto smyslu se složkou rozumí chemicky čistá látka, prvek nebo sloučenina. V závislosti na teplotě se látky mohou vyskytovat v různém stavu – pevném, kapalném nebo tuhém. V krystalickém stavu se látky mohou vyskytovat v různých modifikacích. Každý homogenní útvar, který je v heterogenní soustavě (systému) fyzikálně oddělen od jiných útvarů, se nazývá fází (komponentou). Fáze mohou být tvořeny jednou nebo více složkami. Soustava, kterou se zde rozumí hmotný útvar oddělený od svého okolí, je v rovnovážném stavu, jestliže je u ní vyloučena samovolná hmotná nebo energetická přeměna. Kritériem pro posuzování rovnováhy systémů všeobecně (nejen kovů) je Gibbsův zákon fází. [Exkurs: Josiah Willard Gibbs (výslovnost: džousaje vilrd gibz), 1839-1903, byl americký fyzik.] Je-li soustava v rovnováze, musí platit vn f 2 kde v udává počet stupňů volnosti. Stupněm volnosti se rozumí počet vnitřních proměnných, které je možno měnit při zachování počtu fází. Vnitřními proměnnými soustavy jsou teplota, tlak a u soustav s větším počtem složek složení (koncentrace). Soustavy, jejichž počet stupňů volnosti je nula, se nazývají invariantní nebo nonvariantní. Soustavy s jedním stupněm volnosti se nazývají monovariantní nebo univariantní, se dvěma stupni volnosti bivariantní nebo divariantní. Jednoduchým příkladem monovariantní soustavy látek může být obsah uzavřené nádoby, tvořený vodou a její parou nad hladinou. Tato soustava má jedinou složku (H2O) a dvě fáze – kapalnou a plynnou. Pak platí v 1 2 2 1 . Změní-li se teplota soustavy, změní se také napětí nasycených par nad hladinou a naopak.
Úvod do metalografie
str. 2
Jednoduchým příkladem bivariantní soustavy může být obsah uzavřené nádoby, tvořený roztokem kuchyňské soli ve vodě a vodní parou nad hladinou. Tato soustava má dvě složky (H 2O a NaCl) a dvě fáze – kapalnou a plynnou. Pak platí v 2 2 2 2. V tomto případě je možno při stavu rovnováhy měnit dvě vnitřní proměnné - změní-li se teplota soustavy a koncentrace roztoku, změní se také napětí nasycených par nad hladinou a podobně. Při zpracování kovů zpravidla nedochází ke změnám tlaku, který v zákonu fází vystupuje jako jedna z vnitřních proměnných veličin soustavy. Protože se tím na levé rovnice o jednotku snižuje počet možných stupňů volnosti, je třeba snížit také hodnotu pravé strany rovnice, která tak nabývá tvaru
v n f 1
Ohřev a ochlazování čistého kovu Přiváděním tepla se zvyšuje vnitřní energie kovu. Teplo se mění na kinetickou energii jeho částic. Pohyb atomů kolem jejich základních poloh se urychluje, výkmit se zvětšuje. Při dosažení určité teploty dochází k přerušení vnitřních vazeb mezi částeplota ticemi uvnitř materiálu, jednotlivé atomy se uvolňují a pohybují se volně ve vymezeném prostoru. Navenek kov ztrácí pevný tvar, doprodleva prodleva chází k jeho tavení. Během změny skupenství, jak je známo z fyziky, se po určitou dobu přes stálý přívod tepla teplota nezvyšuje. Přivedená tepelná energie se mění na kinetickou energii částic, hovoří se o tzv. latentním (skrytém) teple. V okamžiku, kdy se poslední pevná chladnutí ohřev částice roztaví, se teplota taveniny opět začne zvyšovat. Průběh teplo nebo čas ohřevu kovu včetně prodlevy je naznačen v obrázku. Při chladnutí roztaveného kovu probíhá děj opačně. Odváděním tepla se snižuje kinetická energie částic, jejich pohyb se zpomaluje, vzájemným silovým působením atomy zaujímají určitá základní postavení, kov krystalizuje. Latentní teplo, které se uvolňuje přeměnou kinetické energie atomů, způsobuje, že i přes vnější odvádění tepla se teplota kovu během krystalizace nemění. Ve skutečnosti je děj ovšem poněkud složitější, materiál při ohřevu i ochlazování vykazuje určitou setrvačnost. Polymorfní kovy prodělávají v tuhém stavu změny modifikací, které se projevují časovými prodlevami podobně jako při tavení nebo krystalizaci. Pro zobecnění je zvykem prodlevy označovat písmenem A, indexem c pro ohřev nebo r pro ochlazování a dalším číselným indexem označujícím pořadí prodlevy (zdola nahoru). tavenina
°C
1539
Ar4
1401
Ac4
teplotní hysterese Ar3 Ar2
898 769
910 Ac3A c3 Ac2
čas Jako příklad je uveden diagram ochlazování a ohřevu čistého železa. Teploty zde uvedené se mohou lišit od teplot uváděných v jiných odborných materiálech, protože jejich zjišťování je velmi obtížné. Chybějící prodleva s indexem 1 se objeví v rovnovážném diagramu technického železa, zde byla úmyslně vynechána. Je zřejmé, že u většiny prodlev jsou teploty při ohřevu a ochlazování shodné. Proto u nich zpravidla nebývají indexy r a c uváděny. U prodlev Ar3 a Ac3 se teploty liší, jejich rozdíl se nazývá teplotní hysterese. Při teplotě 769 °C dochází pouze ke změně magnetických vlastností železa, nikoli ke změně typu krystalické mřížky. Železo je feromagnetické, železo je paramagnetické.
Úvod do metalografie
str. 3
Slitiny kovů Slitinou kovů se rozumí kovový materiál složený z více složek, v němž převládají kovy. Slitina totiž může obsahovat i složky nekovové. Například v technickém železe je nejčastější nekovovou složkou uhlík. Podle počtu složek jsou slitiny označovány jako podvojné neboli binární, potrojné neboli ternární, počtverné neboli kvaternární a komplexní, obsahující více než čtyři složky. V tekutém i tuhém stavu mohou být složky slitiny vzájemně dokonale (absolutně) rozpustné, dokonale (absolutně) nerozpustné nebo částečně rozpustné. V tuhém stavu mohou mít slitiny tři formy: chemické sloučeniny, kdy je poměr atomů v buňce jednoznačně určen chemickým vzorcem, tuhé roztoky, kdy jsou v buňkách jednotlivé složky zastoupeny v proměnlivých poměrech, mechanické směsi, kdy jednotlivé složky ve struktuře tvoří samostatné krystaly. Slitiny ve formě chemické sloučeniny nebo tuhého roztoku jsou homogenní (stejnorodé), ve formě mechanické směsi jsou heterogenní (různorodé). Tuhé roztoky jsou dvojího typu: substituční, u kterých se přibližně stejně velké atomy složek vzájemně zaměňují (substituce = náhrada) intersticiální čili mezerové, u kterých do kompletní buňky jedné složky jsou vmíseny relativně menší atomy jiné složky (intersticiální = vmezeřený). Ochlazování a ohřev slitin se odlišuje od stejných dějů u čistých kovů. Ve většině případů tavení a krystalizace neprobíhají za konstantní teploty, ale v určitém teplotním intervalu. Výjimkou jsou tak zvané eutektické slitiny, které se chovají podobně jako čisté koteplota vy. Průběh obou dějů u slitin je naznazačátek čen v obrázku. Totéž platí také při překonec tavení krystalizace krystalizaci probíhající v tuhém stavu. Další výklad bude zaměřen pouze na binární slitiny s absolutní vzájemnou konec krysrozpustností v tekutém stavu. Výklad talizace chování slitin s větším počtem složek je začátek tavení náročný, slitiny v tekutém stavu vzáchladnutí jemně nerozpustné nebo částečně rozohřev pustné nemají praktický význam, protože během tuhnutí u nich dochází k oddělení jednotlivých složek. teplo nebo čas
Rovnovážné diagramy slitin Rovnovážné diagramy jsou grafickým znázorněním závislosti teploty začátku a teploty konce tavení při ohřevu a teploty začátku a teploty konce krystalizace při chladnutí slitin v závislosti na jejich složení. Konstruují se z výsledků měření prováděných při zkouškách tavení a krystalizace vhodně zvolených poměrů jednotlivých složek ve slitině. Označení „rovnovážné“ udává, že tyto závislosti jsou zjištěny za podmínek, při kterých je slitina v rovnováze, tedy při kterých je splněn Gibbsův zákon fází. Prakticky jsou podmínky rovnováhy splněny pro velmi pomalé změny. U binárních slitin je možno rovnovážný diagram znázornit jednoduchým rovinným grafickým záznamem. Proto bude další výklad zaměřen pouze k binárním slitinám. Pro obecnost nebudou uváděny konkrétní kovy, ale blíže neurčené složky označené A a B.
Rovnovážný diagram binární slitiny s absolutní rozpustností v tuhém stavu Konstrukce rovnovážného diagramu bude vysvětlena na příkladu binární slitiny složek A a B. Bude sledována krystalizace pěti vzorků s různým složením: vzorek složení
1 100 % A
2 75% A, 25 % B
3 50 % A, 50 % B
4 25 % A, 75 % B
5 100 % B
Během krystalizace je u vzorků měřena a zaznamenávána teplota v závislosti na čase. Ze získaných záznamů jsou pak zakresleny časové průběhy krystalizace (levá část obrázku, na vodorovné ose je vynášen čas). Z časových záznamů jsou přeneseny do diagramu závislosti teploty začátků a konců krystalizace, tedy do rovnovážného diagramu, pouze teploty zlomových míst časových záznamů k příslušnému složení vzorku (pravá část obrázku, na vodorovné ose je vynášeno složení). Složení slitin je na vodorovné ose diagramu vynášeno tak, že levý okraj diagramu přísluší čisté složce A, pravý okraj čisté složce B.
Úvod do metalografie
°C
1
2
str. 4
3
4
5 °C
čas
1 100 % A
2
3
4
5 100 % B
Následně jsou teploty začátků krystalizace spojeny čarou nazvanou likvidus, teploty konců krystalizace čarou nazvanou solidus. Průsečík likvidu se svislicí náležející libovolnému složení, které nebylo předmětem zkoušky, udává teplotu začátku krystalizace této slitiny. Obdobně průsečík solidu s touto svislicí udává teplotu konce krystalizace. Při ohřevu slitin spojuje solidus teploty začátků tavení, likvidus teploty konců tavení. Nad likvidem je tavenina, pod solidem pevná krystalická struktura, mezi oběma čarami je tavenina spolu s již vzniklými krystaly. Výsledná struktura je tuhým roztokem obou složek. Složení krystalů vznikajících během krystalikvidus lizace není stálé, mění se. Okamžité složení °C právě vznikajících krystalů je možno odečíst tavenina a z rovnovážného diagramu v průsečíku horib zontální přímky příslušející uvažované okae mžité teplotě se solidem. Například obecně d c vybraná roztavená slitina se složením X zag číná krystalizovat při teplotě odpovídající f tavenina bodu a. Složení právě vznikajících krystalů a krystaly je dáno bodem b. Tyto krystaly tedy obsahují krystaly více složky A než měla tavenina. Při teplotě odpovídající bodu c vznikají krystaly se slosolidus žením bodu d. Složení zbývající taveniny je dáno průsečíkem horizontální přímky přísluX šející uvažované okamžité teplotě s likviA B dem, tedy odpovídá složení bodu e. Z diagramu je možno také odečíst relativní množství již vzniklých krystalů vůči zbývající tavenině. Tento poměr, nazývaný pákové pravidlo, má tvar množství krystalů / množství taveniny = ce / dc Z toho také vyplývá, že při teplotě bodu a vznikají krystaly složení b, ale je jich zatím nulové množství. Při teplotě bodu f dosáhla zbývající tavenina složení bodu g, ale je ji již nulové množství. Pochopení pákového pravidla má význam pro pochopení dějů probíhajících ve složitějších typech slitin.
Rovnovážný diagram binární slitiny s absolutní nerozpustností v tuhém stavu °C a
likvidus
c
tavenina tavenina a krystaly B
tavenina a krystaly A b krystaly A + eutektikum A
e
d solidus krystaly B + eutektikum
E
B
U tohoto typu slitin se obě složky v tekutém stavu vzájemně dokonale rozpouštějí, ale v tuhém stavu tvoří každá složka vlastní krystaly. Pro tvar rovnovážného diagramu jsou v tomto případě charakteristické dvě větve likvidu protínající se na čáře solidu (bod e). Protože čisté složky mají totožné teploty začátku a konce krystalizace, patří k solidu také úsečky ab a cd. Složení E je zvláštní tím, že teploty začátku a konce jeho krystalizace jsou, podobně jako u čistých složek (kovů), totožné. Nazývá se složení eutektické. Vodorovná část solidu se nazývá eutektikála, průsečík obou větví likvidu se solidem
Úvod do metalografie
str. 5
(e) eutektický bod, vzniklá struktura eutektikum. Je mechanickou směsí krystalů obou složek.
c a tavenina
Rovnovážný diagram binární slitiny s částečnou rozpustností v tuhém stavu
Likvidus má opět dvě větve, které se protínají v eutektickém bodě (e). Solidus je tvořen třemi úseky: ab, bd, dc. Složka A v sobě rozpouští složd ku B pouze do koncentrace odpovídající bodu b. kr. Složka B v sobě rozpouští složku A pouze do koncentrace odpovídající bodu d. Na levé větvi a eutektikum likvidu začíná krystalizace tuhého roztoku složky E B B ve složce A, který je označován . Na pravé A větvi likvidu začíná krystalizace tuhého roztoku složky A ve složce B, který je označován . Výsledkem krystalizace eutektického složení E je mechanická směs krystalů tuhého roztoku a krystalů tuhého roztoku . V případě rozpustnosti závislé na teplotě má rovc novážný diagram podobu naznačenou na dalším a obrázku. Čáry bf a dg omezují rozpustnost jedné tavenina složky ve druhé složce. Při dosažení teploty odpokr. vídající těmto čarám se začne z tuhého roztoku tavenina tavenina odměšovat (segregovat) druhá složka ve formě tukr. a krystaly a krystaly d hého roztoku: z krystalů se vylučuje segregát b a naopak. kr. kr. e Rovnovážné diagramy některých slitin mohou být a eutektikum a eutektikum kombinací uvedených diagramů. V případě, že f g jedna složka je schopna rozpouštět druhou složku, E B A ale druhá složka první složku nikoli (druhá složka je například chemickou sloučeninou), má diagram kr. kr. podobu znázorněnou na dalším obrázku. Levá část a segregát a segregát diagramu odpovídá částečné, s teplotou proměnlivé, rozpustnosti složky B ve složce A, pravá část c absolutní nerozpustnosti složky A ve složce B. a tavenina kr. a krystaly b e kr. a eutektikum
tavenina a krystaly kr.
tavenina tavenina kr. a krystaly e b kr. a eutektikum
tavenina a krystaly B
Rovnovážné diagramy technického železa
Pojmem technické železo se rozumějí slitiny železa s dalšími složkami, používané v technické praxi. kr. B Další složky se do železa dostávají při výrobě z rud a eutektikum nebo jsou úmyslně přidávány (přísady čili legury). Hlavní složkou technického železa je uhlík (C), A E B který se dostává do technického železa při jeho výrobě redukcí kysličníkových rud ve vysokých pekr. cích. Další výklad bude zaměřen pouze na binární a segregát B slitinu železa s uhlíkem. Ve skutečnosti každé technické železo obsahuje kromě železa a uhlíku ještě další složky, takže dokonalá soustava Fe-C v praxi neexistuje. Protože další složky ovlivňují průběh krystalizace a překrystalizace, setkáváme se v technické literatuře s rozdílnými hodnotami teplot a složení charakterizujícími rovnovážný diagram. Uhlík se v technickém železe může vyskytovat ve dvou podobách: jako grafit nebo ve sloučenině s částí železa jako karbid Fe3C. Tato sloučenina je nazývána cementit. Podle formy uhlíku obsaženého ve slitině existují dvě soustavy: stabilní Fe + grafit a metastabilní Fe + cementit. Název „metastabilní“ vyjadřuje skutečnost, že tato soustava není v dokonalé rovnováze, ale pouze v rovnováze zdánlivé. Forma krystalizace technického železa závisí na obsahu uhlíku, obsahu příměsí, rychlosti ochlazování a dalších faktorech. Protože podle metastabilní soustavy krystalizují oceli, které jsou nejčastěji používaným materiálem ve strojírenství, bude nejdříve popsána tato soustava.
Úvod do metalografie
str. 6
Metastabilní soustava železo - cementit °C 1539
A H
1401 N
B
tavenina
J
D ~1380
tavenina + primární C cementit F 1130 austenit + ledeburit primární cementit + + sekundární ledeburit cementit K 723 ledeburit + primární cementit + sekundární ledeburit cementit + perlit
austenit 910 G
E
aust. +sek. S cementit
austenit + ferit P
ferit + terciární cementit
0,02
perlit
ferit
0,8
2,14
ferit + perlit perlit + sekundární cementit
ledeburit
tavenina + austenit
4,3
6,67 %C
Jednou složkou metastabilní soustavy je železo, druhou složkou cementit Fe3C. Výpočtem známým z chemie je možno zjistit, že cementit Fe3C obsahuje přibližně 6,67 % uhlíku. Protože se u ocelí neuvádí obsah cementitu, ale obsah uhlíku, je u pravého konce vodorovné osy diagramu zapsána
hodnota 6,67 %. Protože železo v sobě cementit v omezené míře rozpouští, ale cementit (chemická sloučenina) v sobě železo rozpouštět nemůže, odpovídá levá strana rovnovážného diagramu metastabiní soustavy diagramům s částečnou rozpustností, pravá strana diagramům s absolutní nerozpustností. Na levé teplotní ose jsou uvedeny teploty přeměn čistého železa: teplota tavení 1539 °C, přeměna Fe na Fe při 1401 °C, přeměna Fe na Fe při 910 °C. Není vyznačena přeměna Fe na Fe při 769 °C (Curieho bod), která nemá pro sledování průběhu krystalizace a tavení význam (dochází pouze ke změně magnetických vlastností). Teplotu tavení cementitu nelze pokusně určit přesně. Hodnota uvedená na pravé svislé ose (1380 °C) byla určena termodynamickým výpočtem a je pouze přibližná. Likvidus je tvořen čarami ABCD, solidus čarami AHJECF. V průsečíku obou větví likvidu se solidem je eutektický bod C. Přídavkem uhlíku vznikají tuhé roztoky uhlíku v železe a železe (respektive ). Uhlík v nich je vystupuje ve formě karbidu Fe3C, cementitu. Tuhý roztok Fe + Fe3C se nazývá austenit (podle anglického badatele v oboru hutnictví Robertse Austena, který sestavil rovnovážný diagram slitiny železa s uhlíkem), tuhý roztok Fe + Fe3C se nazývá ferit (podle mezinárodního názvu železa - ferrum). Teplota eutektikály je 1130 °C. Eutektická slitina obsahuje 4,3 % uhlíku. Nazývá se ledeburit (podle německého mineraloga A. Ledebura). Čára ES udává maximální rozpustnost uhlíku (ve formě cementitu) v železe . Je zřejmé, že tato rozpustnost je závislá na teplotě. Nejvíce uhlíku, 2,14 %, v sobě rozpouští železo při eutektické teplotě 1130 °C. Se snižováním teploty rozpustnost klesá až na 0,8 % při 723 °C. Obsahuje-li austenit více uhlíku než 0,8 %, začne se z něho při ochlazování pod čáru ES odměšovat (segregovat) uhlík ve formě cementitu. Cementit, který vznikl z taveniny během jejího tuhnutí podle čáry CD, se nazývá primární (prvotní). Cementit, který vznikne z austenitu segregací podle čáry ES, se pro odlišení nazývá sekundární (druhotný). U technického železa, to jest slitiny železa s uhlíkem a dalšími prvky, se při nižších teplotách objevuje další prodleva. Obecně je označována A1 (proto je přeměna železa na nebo naopak označována A2). U čistě uhlíkového technického železa (bez významného množství dalších prvků) se objevuje při teplotě 723 °C. Tak jako u čistého železa dochází v tuhém stavu k překrystalizaci modifikace na modifikaci (přesněji ), dochází k překrystalizaci slitiny železa s uhlíkem: austenit se mění na ferit. Zatím co změna čistého železa na proběhne za konstantní teploty 910 °C, změna austenitu na ferit proběhne v určitém intervalu teplot (podobně jako krystalizace taveniny na austenit). Začátek této přeměny je v diagramu dán čarou GS, konec čarou GPS. Protože ferit obsahuje maximálně 0,02 % uhlíku (odborná literatura uvádí i jiné hodnoty rozpustnosti uhlíku
Úvod do metalografie
str. 7
v železe ), je prakticky čistým železem. Poloha bodu P zakreslená v rovnovážném diagramu příslušnému složení neodpovídá, při přesném zakreslení by tento bod prakticky splynul s pravou svislou osou. U austenitu s obsahem 0,8 % C by při ochlazení na A1, tj. 723 °C, měly začít dvě přeměny: překrystalizace na ferit a současně segregace sekundárního cementitu. Tento jev je podobný krystalizaci taveniny s obsahem 4,3 % C. Oba zmíněné děje budou probíhat za konstantní teploty střídavě. °C Vznikne heterogenní struktura, mechanická směs feritu a sekundárního austenit G cementitu. Podle jejího perleťového vzhledu byla nazvána perlit. Z podobnosti významu bodu S s eutektickým bodem C je bod S nazván austenit + ferit eutektoidním bodem, teplota A1 eutektoidní teplotou, slitina obsahující 0,8 % C eutektoidní slitinou, čára PSK eutektoidálou, perlit eutektoi723 °C P ferit dem metastabilní soustavy. Na detailním obrázku levé dolní části rovnovážného diagramu předstaferit + perlit vuje čára PQ maximální rozpustnost uhlíku (ve formě cementitu) v železe . I zde se rozpustnost snižuje s klesající teplotou. Čára PQ má podobný význam jako čára ES. Při jejím dosažení během ochlazoQ 0,02 % C vání feritu začne segregace cementitu. Protože se v tomto případě jedná již o třetí možnost vzniku cementitu, je tento cementit nazýván terciárferit + terciární cementit ním.
Vlastnosti strukturálních složek technického železa v metastabilní soustavě Austenit jako tuhý roztok uhlíku v železe je měkký, velmi dobře tvárný (železo má kubickou planicentrickou mřížku). Ferit, prakticky čisté železo, je měkký a tvárný. Cementit je velmi tvrdý a křehký, je vůbec nejtvrdší složkou technického železa. Ledeburit obsahuje velké množství cementitu a proto je také velmi tvrdý a křehký. Perlit je pevný a houževnatý.
Stabilní soustava železo - grafit Rovnovážný diagram stabilní soustavy se tvarem podobá rovnovážnému diagramu soustavy metastabilní. Liší se v konkrétních hodnotách teplot a složení charakteristických bodů: teploty jsou mírně posunuty nahoru - eutektická teplota je 1153 °C, eutektoidní teplota 738 °C složení jsou posunuta k nižším hodnotám - eutektoidní složení je při 0,69 % C, eutektické složení je při 4,26 % C, železo je schopno rozpustit maximálně 2,11 % C ve formě grafitu. Místo ledeburitu je zde grafitové eutektikum, místo perlitu grafitový eutektoid.
