1. Demir – Karbon Denge Diyagramı

Demir alaşımlandığında yine kristal yapı dönüşümleri meydana gelir. Ancak bu dönüşümler farklı
sıcaklıklarda gerçekleşir. Örneğin, demir alaşım elementi olan karbon, saf demirin ergime sıcaklığını
düşürür.

Ferrit

Yaklaşık olarak 1600 oC deki yüksek fırın sıcaklığında demir, sıvı halde olup, karbon eriyik içine karışmış
haldedir. Yavaş oğuma durumunda, karbon atomları bir araya gelerek grafit halinde oluşur. Silisyum
elementi, iç yapının ferrit + grafit şeklinde meydana gelmesine yardımcı olur. Sıcaklık düştükçe, demirin
karbon çözündürme yeteneği de azalır. Gama kristal yapısındaki demir belirli oranda karbon
çözündürürken, alfa kristal yapısındaki demir karbon çözündürmez. Karbon çözündürmeyen hacim
merkezli kübik kristal kafes yapısındaki alfa demiri saf demir, yani ferrit olarak adlandırılır.

Sementit

Sementit, içerisinde % 93,33 oranında ferrit ve % 6,67 oranında karbon bulunan ortorombik kristal
kafes yapısında bir malzemedir. Karbon elementi içeren demir hızlı soğutulduğunda, karbon
kristalleşecek zaman bulamaz ve sonuçta demir karbür ( Fe3C ) alaşımı oluşur. Bu oluşumda, manganez
elementi bu yapının oluşmasını kolaylaştırır. Sementit, sert ve kırılgan özelliktedir.

Austenit ( Ostenit )

Demir – karbon alaşımlarında ana bileşen demir olduğu için, karbon atomları demirin kristal kafes yapısı
içinde çözünür. Sıvılaşma eğrisi altına inildiğinde, yapısında % 1,7 ‘ye kadar karbon içeren alaşımda sıvı
içinde karışım kristalleri oluşmaya başlar. İlk oluşan kristaller düşük karbon oranlı iken, sona doğru
oluşan kristallerde ise, karbon oranı yüksektir. Katılaşma sonlandığında oluşan 14 atomlu yüzey
merkezli kübik kristal yapı ostenit olarak adlandırılır. Ostenit katı eriyik yapısındadır. 1147 C de en fazla
% 1,7 oranında karbon çözündürebilir. Ostenit, sıcaklık düştükçe çözündürebileceği karbon oranı da
düşmektedir. 723 C de çözündürebileceği karbon oranı ise, % 0,85 oranındadır.
Perlit
14 atomlu gama kristallerinden oluşan ostenit, 723 C de 9 atomlu alfa kristallerine dönüşür. Bu
dönüşüm, 0,85 karbon oranıyla kristal yapısını tamamlar. Böylece ostenit yapı, 723 C ve 0,85 karbon
oranı ile ideal yapısına ulaşarak bir ötektik oluşturur. Ancak ortaya çıkan ötektik, katı eriyik içinde
meydana geldiği için ötektik olarak değil de, ötektoit olan perlittir.
Perlit, parlak ve parmak izi şeklinde bir yapıya sahiptir. Bu parlak görüntüden dolayı İngilizce de inci
(pearl) anlamına gelen perlit adı verilmiştir. Denge diyagramında bu ötektoit yapı, çelikler bölgesinde
yer alır. Bu nedenle çelik çeşitleri oluşturan bu bölgeye, ötektoit altı ve perlit üstü çelikler denir. 

Perlit

14 atomlu gama kristallerinden oluşan ostenit, 723 C de 9 atomlu alfa kristallerine dönüşür. Bu
dönüşüm, 0,85 karbon oranıyla kristal yapısını tamamlar. Böylece ostenit yapı, 723 C ve 0,85 karbon
oranı ile ideal yapısına ulaşarak bir ötektik oluşturur. Ancak ortaya çıkan ötektik, katı eriyik içinde
meydana geldiği için ötektik olarak değil de, ötektoit olan perlittir.
Perlit, parlak ve parmak izi şeklinde bir yapıya sahiptir. Bu parlak görüntüden dolayı İngilizce de inci
(pearl) anlamına gelen perlit adı verilmiştir. Denge diyagramında bu ötektoit yapı, çelikler bölgesinde
yer alır. Bu nedenle çelik çeşitleri oluşturan bu bölgeye, ötektoit altı ve perlit üstü çelikler denir.

Ledeburit

Denge diyagramında V şeklinde sıvılaşma eğrisinin üstündeki yapı sıvı haldedir. Bu eğrinin alt
tarafındaki çizginin altındaki yapı ise katı haldedir. Bu eğri ile çizgi arasında ise, alaşımların katılaşma ya
da ergime bölgesi yer alır. Saf bileşenler ya da belirli bir orandaki alaşım, bu bölgede tek bir katılaşma
noktası gösterir. Demir – Karbon alaşımı içerisindeki karbon oranı % 4,3 olduğunda alaşım, en düşük
katılaşma (ergime) sıcaklığı olan 1147 C de ötektik alaşım ledeburit olarak adlandırılır. 


2. Demir-Karbon (sementit) denge diyagramı

Demir-karbon denge diyagramında sol başta saf demir (ferrit), sağ uçta ise, sementit bileşenleri yer alır.
Karbon oranı aralığının % 0-2 olduğu bölge çelik, % 2-6,67 olduğu bölge ise, dökme demir bölgesi olarak
adlandırılır (Şekil Demir-Karbon denge diyagramı).
Birinci bölge olan çelik bölgesinde, soğuma sürecinde sıvılaşma eğrisi altına inildiğinde kristaller
oluşmaya başlar. Merkezinde karbon atomunun yer aldığı yüzey merkezli kübik demir kristallerinden
oluşan bu yapılara alfa katı eriyiği ya da ostenit adı verilir.Bu yapıların karbon çözündürme yeteneği,
sıcaklık düştükçe azalır. Soğumayla birlikte sıcaklığın 723 C ye inmesi ve karbon oranının % 0,85 olması
koşulunda ise, yapı tamamen perlite dönüşür.