là các nguyên tố (hay hợp chất hóa học bền vững) cấu tạo nên vật liệu. Chúng là các thành phần độc lập.

2 - Hệ (đôi khi còn gọi là hệ thống)

là một tập hợp vật thể riêng biệt của vật liệu trong điều kiện xác định hay là một loạt hợp kim khác nhau với các cấu tử giống nhau.

3 - Pha :

là tổ phần đồng nhất của hệ (hợp kim) có cấu trúc và các tính chất cơ, lý, hóa học xác định, giữa các pha có bề mặt phân cách. Ví dụ :  Ta có một hệ gồm nước đá và nước. Hệ này chỉ có một cấu tử đó là hợp chất H 2 O nhưng có hai pha : rắn (nước đá), lỏng (nước)  Một chi tiết bằng la tông (Cu+Zn) một pha :

Hệ này có hai cấu tử là Cu và Zn nhưng chỉ có một pha  (dung

dịch rắn của hai cấu tử trên).

4 - Hệ cân bằng (ổn định) :

 Hệ ở trạng thái cân bằng khi các pha của nó đều có năng lượng tự do nhỏ nhất trong các điều kiện về nhiệt độ, áp suất và thành phần xác định. Tức là các đặc tính của hệ không biến đổi theo thời gian.  Thông thường hệ với các pha ở trạng thái cân bằng bao giờ cũng có độ bền, độ cứng thấp nhất, không có ứng suất bên trong, xô lệch mạng tinh thể thấp nhất và được hình thành với tốc độ nguội chậm.

 Hệ cân bằng có tính chất thuận nghịch.

5 - Hệ không cân bằng (không ổn định) :

 Khi thay đổi nhiệt độ và áp suất làm tăng năng lượng tự do và hệ trở nên trạng thái khôg cân bằng.  Lúc này hệ có thể chuyển biến sang trạng thái cân bằng mới có năng lượng tự do nhỏ hơn.  Nói chung trạng thái không cân bằng là không ổn định, luôn có xu hướng tự biến đổi sang trạng thái cân bằng, ổn định.  Trong thực tế một số trạng thái không cân bằng vẫn tồn tại lâu dài, do ở nhiệt độ thường chuyển biến xảy ra rất chậm hầu như không nhìn thấy được.  Trạng thái không cân bằng thường có độ bền, độ cứng cao hơn nên được sử dụng khá nhiều trong thực tế (tổ chức mactenxit sau khi tôi).  Trạng thái không cân bằng được hình thành với tốc độ nguội nhanh.

6 - Hệ giả ổn định :

 Trạng thái giả ổn định tồn tại khi trạng thái cân bằng (ổn định) tuyệt đối chỉ tồn tại trên lý thuyết, tức là phải nung nóng hay làm nguội vô cùng chậm mà trong thực tế rất khó xảy ra.  Vậy giả ổn định thực chất là không ổn định nhưng thực tế lại tồn tại một cách ổn định ngay cả khi nung nóng hay làm nguội trong một phạm vi nào đó.

2.1.2 tắc pha và công dụng :

 Trạng thái cân bằng của hệ được xác định bởi các yếu tố bên trong (thành phần hóa học) và các yếu tố bên ngoài ( nhiệt độ và áp suất).  Tuy nhiên các yếu tố này phụ thuộc lẫn nhau.  Bậc tự do là số lượng các yếu tố độc lập có thể thay đổi được trong phạm vi nhất định mà không làm thay đổi số pha của nó (ký hiệu F – bậc tự do freedom).  Quy tắc pha xác định mối quan hệ giữa số pha P (phase), bậc tự do F và số cấu tử C (component). Ta có :

F = C - P + 2.

2 là số cấu tử bên ngoài: áp suất (P ) và nhiệt độ (T) Nhưng do việc nghiên cứu vật liệu tiến hành trong khí quyển, có áp suất không đổi nên số yếu tố bên ngoài chỉ còn một là nhiệt độ.

2 - Dung dịch rắn thay thế :

 là loại dung dịch rắn mà trong đó nguyên tử của cấu tử hòa tan thay thế vào vị trí trên nút mạng của cấu tử dung môi (nguyên tố chủ).  Như vậy kiểu mạng và số nguyên tử trong khối cơ sở đúng như của cấu tử dung môi.  Tuy nhiên sự thay thế này ít nhiều đều gây ra sự xô lệch mạng, vì không thể có hai laọi nguyên tử có kích thước hoàn toàn giống nhau.  Do vậy sự thay thế chỉ xảy ra với các cấu tử có kích thước nguyên tử khác nhau ít (với kim loại sự sai khác này không quá 15%).  Tùy thuộc vào mức độ hòa tan người ta còn chia ra dung dịch rắn hòa tan vô hạn và có hạn.

a - Dung dịch rắn thay thế hòa tan vô hạn :

 Là dung dịch rắn mà trong đó nồng độ của chất hòa tan có thể biến đổi liên tục, tức là với nồng độ bất kỳ.  Trong loại dung dịch rắn này không thể phân biệt được cấu tử nào là dung môi, cấu tử nào là chất hòa tan, cấu tử nào có lượng chứa nhiều nhất là dung môi, các cấu tử còn lại là chất hòa tan.

Ví dụ

ta có dung dịch rắn của cấu tử A và B thì nồng độ A biến đổi từ 0-100%, nồng độ B biến đổi từ 100% - 0. Điều kiện để hai cấu tử hòa tan vô hạn vào nhau :  Có cùng kiểu mạng tinh thể  Đường kính nguyên tử khác nhau ít, nhỏ hơn 8% (<8%).  Nếu sai khác nhau nhiều từ 8-15% chỉ có thể hòa tan có hạn,

 > 15% không thể hòa tan vào nhau

 Nồng độ điện tử không vượt quá một giá trị xác định với mỗi loại dung dịch rắn (số lượng điện tử hóa trị tính cho một nguyên tử), tức là các nguyên tố phải có cùng hóa trị.  Các tính chất vật lý và hóa học gần giống nhau (cấu tạo lớp vỏ điện tử, tính âm điện, nhiệt độ chảy...)

 Nói chung các nguyên tố cùng trong một nhóm của bảng hệ thống tuần hoàn thỏa mãn điều kiện này.  Các cặp nguyên tố hình thành dung dịch rắn vô hạn chỉ có thể là nguyên tố kim loại.  Cần chú ý rằng đây chỉ là điều kiện cần của dung dịch rắn vô hạn.

b - Dung dịch rắn thay thế hòa tan có hạn :

 Là dung dịch rắn mà trong đó các cấu tử chỉ hòa tan vào nhau với giá trị nhất định, tức là nồng độ của chúng bị gián đoạn.  Các cặp cấu tử không thỏa mãn bốn điều kiện trên sẽ tạo thành dung dịch rẵn có hạn

c - Dung dịch rắn trật tự và không trật tự :

 Nếu sự phân bố nguyên tử của cấu tử hòa tan trong mạng dung môi một cách ngẫu nhiên thì được gọi là dung dịch rắn không trật tự.  Trong một số điều kiện nào đó (nhiệt độ, nồng độ) trong một số hệ các nguyên tử thay thế có tính quy luật và gọi là dung dịch rắn trật tự.

Ví dụ

trong hệ Au-Cu khi làm nguội chậm

 nguyên tử đồng sắp xếp tại tâm các mặt bên,  còn nguyên tử vàng nằm ở các đỉnh của khối cơ sở.

3 - Dung dịch rắn xen kẽ :

 Là loại dung dịch rắn trong đó nguyên tử hòa tan nằm xen giữa các nguyên tử của kim loại dung môi, chúng chui vào lỗ hổng trong mạng dung môi.  Như vậy ta thấy rằng só nguyên tử trong khối cơ sở tăng lên.  Do kích thước các lỗ hổng trong mạng tinh thể rất nhỏ nên các nguyên tử hòa tan phải có kích thước rất nhỏ.  Đó chính là các nguyên tử C, N, H, B... với dung môi Fe.  Đương nhiên là dung dịch rắn xen kẽ chỉ có loại hòa tan có hạn.

2.2.2ác pha trung gian :

 Trong các hợp kim hầu như không có loại hợp chất hóa học hóa trị thường.  Các hợp chất hóa học tồn tại trong hợp kim thường gọi là pha trung gian vì trên giản đồ pha nó nằm ở vị trí giữa và trung gian các dung dịch rắn.

1 - Khái niệm và phân loại pha trung gian:

Các hợp chất hóa học tạo thành theo quy luật hóa trị thường có các đặc điểm sau :  Có mạng tinh thể phức tạp và khác hẳn mạng nguyên tố thành phần  Luôn luôn có một tỷ lệ chính xác giữa các nguyên tố và được biểu diễn bởi công thức hóa học nhất định.  Tính chất khác hẳn các nguyên tố thành phần, độ cứng cao, tính dòn lớn.  Có nhiệt độ nóng chảy xác định, khi hình thành là phản ứng tỏa nhiệt.  Các pha trung gian trong hợp kim có những đặc điểm khác với hợp chất hóa học theo hóa trị, đó là :  Không tuân theo quy luật hóa trị.  Không có thành phần chính xác.  Có liên kết kim loại. Các pha trung gian trong hơp kim thường gặp là :  pha xen kẽ,  pha điện tử,  pha La ves,  pha  ...

2 - Pha xen kẽ :

 Là pha tạo nên giữa các kim loại chuyển tiếp (Fe, Cr, Mo, W...) có đường kính nguyên tử lớn với các á kim (H, B, N, C...) có đường kính nguyên tử bé.  Kiểu mạng của pha xen kẽ được xác định theo quan hệ giữa đường kính nguyên tử kim loại và á kim :

• Nếu dA/dK < 0,59 thì pha xen kẽ có các kiểu mạng đơn giản :  tâm khối,  tâm mặt,  sáu phương xếp chặt...

 Các nguyên tử á kim xen kẽ vào lỗ hổng trong mạng.

 Chúng có công thức đơn giản như : K 4 A

(Fe 4 N), K 2 A (W 2 C), KA (NbC, NbH, TiC), KA 2 (Ti 2 H). Với K là kim loại, A là á kim.

• Nếu dA/dK > 0,59 pha xen kẽ sẽ có kiểu mạng phức tạp và công thức phức tạp hơn K 3 A (Mn 3 C), K 7 A 3 (Cr 7 C 3 ), K 23 A 6 (Cr 23 C 6 ). Đặc điểm của pha xen kẽ nói chung là:  có nhiệt độ chảy rất cao (thường > 3000 0 C)  và có độ cứng lớn (2000  5000 HV),  có tính dòn lớn.  Chúng có vai trò rất lớn trong việc nâng cao tính chống mài mòn và chịu nhiệt của hợp kim.

3 - Pha điện tử (Hum-rozêri)

Là pha trung gian có cấu tạo phức tạp, tạo nên bởi hai kim loại. Thành phần của nó như sau :

• Nhóm một :  gồm các kim loại hóa trị một Cu, Ag, Au và  kim loại chuyển tiếp : Fe, Ni, Co, Pt, Pd.
• Nhóm hai : các kim loại hóa trị hai, ba, bốn :Be, Mg, Zn, Cd, Al, Si, Sn.  Nồng độ điện tử N có giá trị xác định là 3/2, 21/13 và 7/ (21/14, 21/13, 21/12).  Mỗi giá trị nồng độ điện tử ứng với một kiểu mạng tinh thể. Ví dụ : (Nồng độ điện tử N)
• N = 3/2 là pha  với kiểu mạng lập phương tâm khối, hay lập phương phức tạp, hay sáu phương (Cu 5 Sn, Cu 5 Si).
• N = 21/13 là pha  với kiểu mạng lập phương phức tạp (Cu 31 Sn 8 ).
• N = 7/4 là pha  với kiểu mạng sáu phương xếp chặt (AgCd 3 ).

4 - Pha Laves :

 La pha tạo nên bởi hai nguyên tố (A, B), có tỷ lệ đường kính nguyên tử dA/dB = 1,2 (tỷ lệ này có thể biến đổi trong phạm vi 1,1  1,6), có công thức AB 2 , kiểu mạng sáu phương xếp chặt (MgZn 2 ) hay lập phương tâm mặt (MgCu 2 ).  Trong hợp kim có thể còn gặp các pha :  ,  ,  ,  ...  Tuy nhiên các loại pha này ít phổ biến.

 Các điểm nằm trên đường thẳng đứng biểu thị cho hợp kim có thành phần xác định nhưng ở các nhiệt độ khác nhau.  Nếu hợp kim có cấu tạo là hai pha thì điểm biểu diễn của chúng nằm về hai phía đối diện với điểm biểu diễn hợp kim. Hình Phương pháp xây dựng giản đồ trạng thái bằng thức nghiệm Hình Giản đồ hệ 2 nguyên hòa tan vô hạn ở trạng thái lỏng và trạng thái rắn

2 - Giản đồ pha hai cấu tử không hòa tan vào nhau,

không tạo thành pha trung gian (giản đồ loại 1) :

Số cấu tử : A và B (C = 2) Các pha có thể tạo thành :  lỏng (L) hòa tan vô hạn của A và B, A và B.  Số pha lớn nhất PMAX = 3 AEB là đường lỏng : tại nhiệt độ ứng với đường này hợp kim bắt đầu kết tinh. Ở cao hơn đường lỏng hợp kim hoàn toàn ở trạng thái lỏng. CED là đường đặc : tại nhiệt độ ứng với đường đặc hợp kim lỏng kết thúc kết tinh. Thấp hơn nhiệt độ này hợp kim ở trạng thái rắn. Trong khoảng nhiệt độ giữa đường lỏng và đường đặc là quá trình nóng chảy hay kết tinh của hợp kim, tồn tại đồng thời cả pha rắn và lỏng. Với loại giản đồ này CED còn gọi là đường cùng tinh. E gọi là điểm cùng tinh (eutectic). Các hợp kim có thành phần nằm bên trái điểm E gọi là hợp kim trước cùng tinh (hypoeutectic). Các hợp kim có thành phần nằm bên phải điểm E gọi là hợp kim sau cùng tinh (hypereutectic). Hợp kim có thành phần tại E gọi là hợp kim cùng tinh. Trong thực tế hệ Pb - Sb thuộc loại giản đồ này. a - Quá trình kết tinh của hợp kim trước cùng tinh :

• Ở cao hơn nhiệt độ ứng với điểm 0 : hợp kim hoàn toàn ở trạng thái lỏng (L).
• Làm nguội từ 0 đến 1: đây là quá trình nguội của hợp kim lỏng (L).

e - Thiên tích vùng : Các hợp kim có giản đồ loại 1 thường xảy ra thiên tích vùng khi kết tinh, đặc biệt là khi làm nguội chậm (thiên tích vùng là sự khác nhau về thành phần hóa học giữa các vùng khác nhau của vật đúc) .

Ví dụ :

Hệ hợp kim Pb - Sb nếu chì kết tinh ra trước nó sẽ chìm xuống đáy khuôn đúc (  = 11,34 g/cm 2 ).Stibi nếu kết tinh ra trước thì nó sẽ nổi lên trên(  = 6,69g/cm 2 ).Do vậy phía trên vật đúc giàu Sb, phía dưới giàu Pb. Tuy nhiên hiện tượng thiên tích vùng có thể khắc phục được bằng cách làm nguội thật nhanh để không kịp xảy ra hiện tượng chìm nổi của các tinh thể hay cho vào hợp kim lỏng một chất đặc biệt nó sẽ tạo ra bộ khung xương trước (tỷ trọng  hợp kim lỏng), chúng lơ lửng trong hợp kim lỏng ngăn cản quá trình thiên tích.

3 - Giản đồ pha hai cấu tử hoàn toàn hòa tan vào

nhau, không tạo thành pha trung gian

(giản đồ lọai 2) :

Số cấu tử : A và B (C = 2) Số pha có thể tạo thành : hợp kim lỏng hòa tan vô hạn của A và B, dung dịch rắn hòa tan vô hạn của A và B là  (P max = 2). Đường AmB gọi là đường lỏng, đường AnB gọi là đường đặc. Hệ Cu

• Ni có giản đồ loại này. a - Xét quá trình kết tinh của một hợp kim cụ thể (hợp kim 1)
• Tại nhiệt độ ứng với 0 hợp kim tồn tại ở trạng thái lỏng.
• Làm nguội từ 0 - 1 : quá trình nguội của hợp kim lỏng.
• Tại nhiệt độ ứn với điểm 1 từ hợp kim lỏng kết tinh ra dung dịch rắn hòa tan vô hạn của A và B là .
• Làm nguội trong khoảng nhiệt độ từ 1 đến điểm 2 dung dịch rắn  sinh ra ngày càng nhiều, thành phần hóa học của nó biến đổi theo đường từ 1
• 2&

  039;, hợp kim lỏng ngày càng ít đi và thành phần hóa học biến đổi từ 1&

  039; - 2.

• Tại nhiệt độ ứng với điểm 2 hợp kim lỏng hết.
• Làm nguội từ 2 - 3 là quá trình nguội của dung dịch rắn . Nhận xét : Các hợp kim có giản đồ loại 2 có quy luật kết tinh như sau : nếu ta lấy đơn vị là cấu tử có nhiệt độ nóng chảy cao hơn thì đầu tiên từ hợp kim lỏng kết tinh ra dung dịch rắn giàu cấu tử này hơn, do vậy pha lỏng còn lại sẽ nghèo cấu tử này đi. Nhưng nếu làm nguội chậm thì dung dịch rắn tạo thành biến đổi thành phần theo hướng nghèo cấu tử này và cuối cùng đạt thành phần hợp kim. b - Thiên tích nhánh cây (thiên tích trong bản thân hạt):
• Tại nhiệt độ ứng với điểm 1, từ hợp ki lỏng kết tinh ra dung dịch rắn  , có thành phần xác định tại điểm 1&

  039;.

• Làm nguội từ nhiệt độ ứng với điểm 1 đến điểm 2, dung dịch rắn  sinh ra ngày càng nhiều, thành phần của nó biến đổi theo đường từ 1&

  039; - 2, hợp kim lỏng ngày càng ít đi, thành phầm của nó biến đổi theo đường từ 2 - 2&

  039;.

• Tại nhiệt độ ứng với điểm 2 hợp kim lỏng hết.
• Làm nguội từ 2 đến 3 là quá trình nguội của dung dịch rắn .
• Tại nhiệt độ ứng với điểm 3 do lượng hòa tan của B vào A là quá bão hòa nên B thừa được tiết ra dưới dạng dung dịch rắn  II (    II)
• Tại nhiệt độ thường sản phẩm nhận được là  +  II c - Nhóm chứa một lượng lớn cấu tử thứ hai, có thành phần nằm trong khoảng C&

  039;-D&

  039;, ban đầu kết tinh ra dung dịch rắn (  C hay  D), pha lỏng còn lại biến đổi thành phần theo đường lỏng đến điểm E và kết tinh ra tổ chức cùng tinh. Khi nhiệt độ hạ xuống thấp hơn đường CF và DG cũng có quá trình tiết ra cấu tử hòa tan thừa dưới dạng  II và  II. Quá trình kết tinh của nhóm này giống giản đồ loại 1. Xét quá trình kết tinh của hợp kim II.

• Tại nhiệt độ ứng với điểm 0 hợp kim ở trạng thái lỏng
• Làm nguội từ nhiệt độ ứng với điểm 0 đến diểm 1, là quá trình nguội của hợp kim lỏng.
• Tại nhiệt độ ứng với điểm 1 từ hợp kim lỏng kết tinh ra dug dịch rắn  có thành phần tại 1&

  039;.

• Làm nguội từ nhiệt độ ứng với điểm 1 đến điểm 2 dung dịch rắn  sinh ra ngày càng nhiều, thành phần của nó thay đổi theo đường từ 1&

  039; - C. Hợp kim lỏng ngày càng ít đi, thành phần của nó thay đổi từ 1 - E.

• Tại nhiệt độ ứng với điểm 2, hợp kim lỏng còn lại có thành phần tại E sẽ kết tinh đồng thời ra hai dung dịch rắn  C và  D cùng một lúc. Quá trình này diễn ra tại nhiệt độ không đổi. LE  (  C +  D)
• Làm nguội từ nhiệt độ ứng với điểm 2 đến 3 do lượng cấu tử hòa tan là quá bão hòa nên có quá trình tiết ra  II từ  và  II. từ . Tuy nhiên  II. được tiết ra từ  trong cùng tinh, nằm lẫn lộn với  C nên không nhìn thấy được. Do vậy tổ chức nhận được ở nhiệt độ thường là  +  II + ( 
•  ).

5 - Giản đồ pha hai cấu tử hoàn toàn không hòa tan

vào nhau, tạo thành hợp chất hóa học ổn định

(giản đồ loại 4) :

Các cấu tử : A và B (C = 2) Các pha có thể tạo thành : hợp kim lỏng, cấu tử A, B và hợp chất hóa học của chúng là AmBn (ký hiệu là H). Hợp chất hóa học H có nhiệt độ nóng chảy riêng, thành phần xác định và không thể hòa tan thêm cấu tử A, B. Hệ hợp kim Mg - Si thuộc loại này. Nghiên cứu quá trình kết tinh của hợp kim có giản đồ loại này ta đưa về nghiên cứu hai giản đồ pha loại 1 là A-H và H-B (H được xem là một cấu tử độc lập)

2.3.2 hệ giữa dạng giản đồ pha và tính chất

của hợp kim :

 Các loại giản đồ pha khác nhau có mối quan hệ giữa dạng của giản đồ và tính chất của hợp kim hoàn toàn khác nhau.  Ta biết rằng pha thành phần là pha tạo nên tổ chức của hợp kim.  Khi hợp kim có tổ chức một pha thì pha thành phần duy nhất đó đồng nhất với hợp kim, tức là tính chất của nó chính là tính chất của hợp kim.  Trường hợp có tổ chức gồm nhiều pha thì tính chất của của hợp kim la sự tổng hợp tính chất của các pha thành phần.  Ta sẽ xem xét cụ thể mối quan hệ giữa dạng của giản đồ pha với tính chất của hợp kim như thế nào.

a - Giản đồ loại 1 :

• Cơ lý tính : Tính chất của hợp kim là trung gian giữa tính chất của tinh thể A và tinh thể B, tức là tinh thể nào có tỷ lệ càng lớn thì sẽ ảnh hưởng càng nhiều đến tinh chất tính chất của nó. Cụ thể như sau : Tính chất hợp kim = %A X t/c A + %B X t/c B Tính chất của hợp kim phụ thuộc vào thành phần theo quy luật bậc nhất.
• Tính công nghệ :
• Tính đúc của hợp kim nói chung tốt vì độ chảy loãng cao, nhiệt độ nóng chảy thấp, kết tinh trong một khoảng nhiệt độ ít gây co ngót.
• Tính chất gia công áp lực không cao.
• Tính gia công cắt gọt tốt, phoi dễ gãy.

2.4ẢN ĐỒ PHA SẮT - CÁC BON (Fe - Fe 3 C) :

TRANG 92

2.4.1ấu tử sắt và các bon

1 - Cấu tử sắt :

 Sắt là nguyên tố có khá nhiều trong tự nhiên.  Hiện tại người ta đã luyện được sắt với độ sạch 99,99999% Fe.  Trong thực tế sản xuất người ta thường nghiên cứu với sắt có lượng chứa 99,8 - 99,9%.  Sắt này gọi là sắt nguyên chất kỹ thuật (sắt am kô)

a- Cơ tính :

Sắt là nguyên tố có cơ tính khá cao, cụ thể như sau : * Giới hạn bền kéo :  b = 250 MN/m 2 (MPa) * Giới hạn chảy quy ước :  0,2 = 120MN/m 2 * Độ giãn dài tương đối :  % = 50 * Độ thắt tương đối :  % = 85 * Độ dai va đập : ak = 3000 Kj/m 2 * Độ cứng HB = 80

b - Tính đa hình của sắt :

Sắt là kim loại có tính đa hình, nó có hai kiểu mạng tinh thể ở các khoảng nhiệt độ khác nhau : - Mạng lập phương tâm khối (thể tâm) tồn tại ở nhiệt độ : + Nhỏ hơn 911 o C gọi là sắt an pha (Fe) có a = 2,68 Kx. Dưới 768 o C có từ tính, cao hơn nhiệt độ này mất tính sắt từ. Tại nhiệt độ cao hơn 768 o C gọi là sắt bê ta (Fe) có a = 2,90Kx. + Từ 1392 o C đến 1539 o C gọi là sắt đen ta (Fe) có a = 2,93Kx. - Mạng lập phương tâm mặt (diện tâm) tồn tại ở nhiệt độ : 911 0 C < t 0 < 1392 0 C, gọi là sắt gama (Fe) có a = 3,56Kx.

c-Khả năng hòa tan các bon của sắt :

 Hai loại mạng tinh thể của sắt có khả năng hòa tan các bon dưới dạng xen kẽ khác nhau.  Đường kính nguyên tử các bon là 1,54Kx.

 Trong khi đó lỗ hổng lớn nhất trong mạng tâm khối có d = 0,64Kx. Mạng lập phương tâm mặt có số lỗ hổng ít hơn nhưng kích thước lại lớn hơn, d = 1,02Kx.  Về nguyên tắc thì sắt không thể hòa tan các bon được. Tuy nhiên trong thực tế  sắt an pha (Fe) hòa tan được 0,02%C ở 727 o C,  sắt đen ta (Fe) hòa tan 0,1%C ở 1499 o C.  Sắt gama (Fe) hòa tan 2,14%C ở 1147 O C. Người ta cho rằng các bon chui vào nơi có nhiều sai lệch mạng nhất. Với sắt gama có thể hòa tan tối đa khoảng 10% nguyên tử sắt.

2 - Cấu tử các bon :

a- Các dạng tồn tại của các bon :

Trong tự nhiên các bon tồn tại dưới ba dạng :  than đá (vô định hình),  kim cương và  graphít (có cấu tạo mạng tinh thể). Trong hợp kim Fe - C các bon chỉ tồn tại tự do ở dạng graphít (trong các loại gang có graphít).

b - Tương tác hóa học giữa sắt và các bon :

Khi lượng hòa tan của các bon vào sắt vượt quá giới hạn của dung dịch rắn thì sẽ tạo nên các hợp chất hóa học :  Fe 3 C (6,67%C),  Fe 2 C (9,67%C) và  FeC (17,67%C). Tuy nhiên trong hợp kim sắt các bon do chỉ sử dụng ở giới hạn khoảng 5%C nên chỉ có Fe 3 C và hợp chất này có tên là xêmentit. Xêmentit là pha xen kẽ có kiểu mạng phức tạp, nhiệt độ nóng chảy khoảng 1250 o C và có độ cứng cao - 800HB. Ở nhiệt độ nhỏ hơn 217 o C có từ tính. Lớn hơn nhiệt độ này mất tính sắt từ. Khi hòa tan thêm các nguyên tố hợp kim (Cr, Mn, W...) dưới dạng thay thế ta có xêmentit hợp kim (nguyên tố hợp kim thay vào vị trí của sắt.