Il diagramma di equilibrio Ferro-Carbonio (o più semplicemente: Diagramma Fe-C) rappresenta l’evoluzione microstrutturale delle leghe ferrose (acciai e ghise), in funzione della percentuale presente di Carbonio e della temperatura. Si tratta di un diagramma fondamentale per valutare, conoscere e descrivere le caratteristiche tecnologiche e di impiego delle leghe ferrose.

Le varie regioni presenti nel diagramma permettono di individuare per quali combinazioni di temperatura e di composizione le leghe sono allo stato liquido, o vedono la coesistenza di fasi liquide o solide, o sviluppano le diverse possibili microstrutture (austenite, cementite, grafite, ferrite, perlite).

La parte del diagramma utilizzata per lo studio degli acciai è quella in cui il carbonio varia tra lo 0 e circa il 2%, mentre l’ambito delle ghise è associato a un contenuto di carbonio variabile tra il 2% e il 6,67% (è la zona evidenziata in giallo nel diagramma Fe-C, semplificato e illustrato nella figura seguente).

Con riferimento alle ghise, va peraltro evidenziata la coesistenza (o, meglio, la competizione) tra i sistemi

  • Ferro-cementite, alla base delle ghise bianche,
  • Ferro-grafite, alla base delle ghise grigie e sferoidali.

Ponendo l’attenzione sul sistema di maggior interesse, cioè quello ferro-grafite, si può distinguere tra:

  • Ghise eutettiche: il percorso di solidificazione e raffreddamento è quello descritto dalla linea rossa: liquido (1); eutettico austenite-grafite (2); trasformazione dell’austenite in ferrite/perlite (3) e permanenza della grafite;
  • Ghisa ipo-eutettica: il percorso di solidificazione e raffreddamento è quello descritto dalla linea verde: liquido (1); liquido + austenite primaria (2); austenite primaria + eutettico austenite-grafite (3); trasformazione dell’austenite in ferrite/perlite (4) e permanenza della grafite;
  • Ghisa iper-eutettica: il percorso di solidificazione e raffreddamento è quello descritto dalla linea blu: liquido (1); liquido + grafite primaria (2); grafite primaria + eutettico austenite-grafite (3); trasformazione dell’austenite in ferrite/perlite (4) e permanenza della grafite.

In generale, le ghise grafitiche di interesse pratico sono quelle eutettiche o leggermente ipo-eutettiche.

Va tenuto conto comunque che il diagramma Fe-C è comunque una semplificazione, poiché:

  • Nelle ghise sono presenti altri elementi (in particolare il silicio) che influenzano le temperature di trasformazione e i campi di esistenza delle varie fasi;
  • Si tratta di un diagramma “termodinamico”, che non tiene conto pertanto della variabile tempo: la studio della reale evoluzione microstrutturale di una lega ferrosa viene effettuato introducendo le curve di trasformazione isoterme (TTT) e anisoterme (CCT).

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