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Weerg staff
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May 20, 2026
Il diagramma ferro-carbonio è uno degli strumenti più importanti della metallurgia e della progettazione dei materiali metallici.
Viene utilizzato per comprendere come si comportano acciai e ghise in funzione della temperatura e della percentuale di carbonio.
Conoscere il diagramma ferro-carbonio è fondamentale per scegliere il materiale corretto, progettare trattamenti termici, prevedere proprietà meccaniche, controllare durezza, resistenza e duttilità.
È la base teorica di gran parte dell’industria siderurgica moderna.
Il diagramma ferro-carbonio è un diagramma di equilibrio che descrive le trasformazioni strutturali delle leghe ferro-carbonio in funzione di temperatura e contenuto di carbonio.
Mostra quali fasi metallurgiche si formano in fase di riscaldamento o raffreddamento permettendo, in questo modo, di prevedere la microstruttura finale del materiale.
Il carbonio è l’elemento che più influenza il comportamento dell’acciaio.
Piccole variazioni di carbonio modificano: durezza, resistenza meccanica, tenacità, saldabilità e duttilità.
In generale:
Il diagramma mette in relazione la percentuale di carbonio da 0% a 6,67% (asse orizzontale) con la temperatura fino a 1600°C (asse verticale).
All’interno del diagramma compaiono diverse fasi, linee critiche e punti eutettoidi ed eutettici.
La ferrite α è la fase stabile a temperatura ambiente e fino a circa 912 °C. Ha struttura cristallina cubica a corpo centrato (CCC), scarsa solubilità del carbonio (massimo 0,02% a 723 °C) e buona duttilità. La ferrite δ, stabile ad alte temperature (1394–1538 °C), ha anch'essa struttura CCC.
L'austenite è la fase solida stabile tra 912 °C e 1495 °C. Ha struttura cubica a facce centrate (FCC), che consente una solubilità del carbonio molto maggiore rispetto alla ferrite: fino a 2,14% C a 1148 °C. L'austenite è la fase di partenza per la maggior parte dei trattamenti termici degli acciai.
La cementite è il carburo di ferro con formula Fe₃C, contenente il 6,67% C in peso. È una fase estremamente dura e fragile, con struttura ortorombica. Si trova spesso in forma di lamelle nella perlite o come rete intergranulare nelle ghise ipereutettoidi.
La perlite non è una fase singola, ma una microstruttura lamellare composta da strati alternati di ferrite e cementite. Si forma durante il raffreddamento lento dell'austenite al punto eutettoide (0,8% C, 723 °C) attraverso la reazione eutettoide.
La ledeburite è la microstruttura eutettica delle ghise, composta da austenite e cementite. Si forma a 1148 °C con un contenuto di carbonio del 4,3%. È caratteristica delle ghise bianche ed è responsabile della loro elevata durezza e fragilità.
Il diagramma divide le leghe ferro-carbonio in due grandi categorie.
Contenuto di carbonio fino a circa 2,06%
Sono:
Contenuto di carbonio oltre 2,06%
Sono:
|
Tipo |
Tenore di Carbonio |
Caratteristiche principali |
|
Acciai ipoeutettoidi |
0,02–0,8% |
Ferrite + perlite; buona duttilità |
|
Acciai eutettoidi |
~0,8% |
Perlite; equilibrio tra durezza e duttilità |
|
Acciai ipereutettoidi |
0,8–2,14% |
Perlite + cementite; alta durezza |
|
Ghise ipoeutettiche |
2,14–4,3% |
Perlite + ledeburite trasformata |
|
Ghise eutettiche |
4,3% |
Ledeburite pura |
|
Ghise ipereutettiche |
4,3–6,67% |
Ledeburite + cementite primaria |
Uno dei punti più importanti del diagramma è il punto eutettoide:
Qui l’austenite si trasforma completamente in perlite. È il riferimento base per molti trattamenti termici.
Il punto eutettico si trova a:
Qui il liquido solidifica direttamente in:
È fondamentale nello studio delle ghise.
Il punto peritettico si trova circa a:
0,16–0,17% di carbonio
1493 °C circa
In questo punto il liquido e la ferrite δ reagiscono formando austenite.
Per leggere il diagramma bisogna:
Da questo è possibile capire quali fasi sono presenti, come varieranno le proprietà meccaniche e come reagirà il materiale ai trattamenti termici.
Il diagramma è utilizzato per:
Progettazione degli acciai: Permette di prevedere e ricercare una determinata microstruttura in modo tale da ottenere le proprietà meccaniche desiderate dal materiale.
Trattamenti termici: Base teorica di tempra, rinvenimento, normalizzazione e ricottura
Controllo proprietà meccaniche: Aiuta a prevedere durezza, resistenza e duttilità
Metallurgia e produzione: è essenziale in acciaierie, fonderie, lavorazioni CNC e additive manufacturing metallico
La comprensione del diagramma Fe-C è indispensabile per progettare e controllare i principali trattamenti termici degli acciai.
Raffreddamento lento che porta la microstruttura verso l'equilibrio, riducendo tensioni residue e aumentando la duttilità.
Raffreddamento in aria dall'austenite; produce microstrutture più fini della ricottura.
Raffreddamento rapido che impedisce la diffusione del carbonio, trasformando l'austenite in martensite, una fase metastabile molto dura.
Trattamento successivo alla tempra che riduce fragilità e rilassa le tensioni interne aumentando leggermente la duttilità.
Processo di arricchimento superficiale in carbonio per portare uno strato superficiale nell'intervallo di composizione che favorisce la formazione di martensite in tempra.
Il diagramma:
Per acciai speciali si usano diagrammi più complessi: TTT, CCT o diagrammi multicomponente.
Il diagramma ferro-carbonio è il fondamento della metallurgia degli acciai e delle ghise.
Permette di comprendere trasformazioni microstrutturali, comportamento meccanico e gli effetti dei trattamenti termici.
Che si lavori in progettazione, produzione CNC, trattamenti termici o additive manufacturing capire il diagramma ferro-carbonio significa comprendere il comportamento dei materiali metallici alla base dell’industria moderna.
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Nel diagramma ferro-carbonio gli acciai hanno un contenuto di carbonio fino a circa il 2,06–2,14%, mentre le ghise superano questo valore. Gli acciai sono generalmente più duttili, lavorabili e saldabili, mentre le ghise sono più dure, più fragili e adatte alla fusione e alla colata.
Il diagramma ferro-carbonio aiuta a capire quali trasformazioni microstrutturali avvengono durante riscaldamento e raffreddamento. Per questo è essenziale per controllare trattamenti termici come tempra, rinvenimento, ricottura, normalizzazione e cementazione, influenzando durezza, resistenza, duttilità e tenacità del materiale.
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