關於Fe-Fe₃C系相圖共析點的敘述，下列何者正確？
- A約0.76 wt%C、727℃時發生 γ → α + Fe₃C，生成波來鐵
- B約4.3 wt%C、1147℃時發生 L → γ + Fe₃C，生成層狀波來鐵
- C約0.022 wt%C、912℃時發生 γ → α，生成變韌鐵
鐵–碳相圖檢視工具
這是含碳量0〜6.70 wt%、溫度400〜1600 ℃的Fe–Fe₃C系（介穩系）相圖。點選圖，或以數值輸入含碳量與溫度，即顯示該點的相；若在兩相區，則畫出連結線，計算兩端各相的成分與槓桿法則求得的質量分率。同時也顯示該含碳量的鋼或鑄鐵由高溫緩慢冷卻時室溫組織的估計。預設值是將0.40 wt% C的亞共析鋼保持在750 ℃的點（α + γ 兩相區）。
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相圖與結果
- 該點的相
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- 依含碳量的分類
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該點各相的成分與質量分率
緩慢冷卻時的室溫組織（估計）
主要的點（共析點 727 ℃、0.76 wt% C，共晶點 1147 ℃、4.30 wt% C，包晶 1495 ℃等）採用教科書常用的值，各線以通過這些點的直線或平滑曲線近似。與實際的線可能相差數℃至數十℃，含合金元素的實用鋼中，線的位置本身也會改變。
以圖表檢視
其他輸入維持目前的值，只讓選擇的輸入在目前值的 1/4 到 4 倍之間變化時的結果。紅點是目前的值。
Fe–Fe₃C系相圖的讀法
縱軸是溫度，橫軸是含碳量（wt%），右端的6.70 wt% C相當於鐵與碳的化合物雪明碳鐵（Fe₃C）本身。圖上某點若位於單相區，在平衡狀態下只有該相穩定。若位於兩相區，則在該溫度畫水平線（連結線），線與區域邊界相交的兩端，就是共存2相的含碳量。各相的量以槓桿法則 Wα = (Cβ − C₀)/(Cβ − Cα) 求得。3相能夠共存的，只有1495 ℃、1147 ℃、727 ℃這3條水平線上。
3個不變反應與純鐵的變態點
在1495 ℃發生包晶反應 δ（0.09 wt% C）+ L（0.53 wt% C）→ γ（0.17 wt% C），在1147 ℃發生共晶反應 L（4.30 wt% C）→ γ（2.14 wt% C）+ Fe₃C，共晶的組織稱為粒滴斑鐵。在727 ℃發生共析反應 γ（0.76 wt% C）→ α（0.022 wt% C）+ Fe₃C，生成層狀的波來鐵。不含碳的純鐵在912 ℃時α（BCC）與γ（FCC）互換，在1394 ℃時γ與δ（BCC）互換，在1538 ℃熔化。γ的碳最大固溶限2.14 wt%，是區分鋼與鑄鐵的基準。
A1、A3、Acm線的意義
A1是共析溫度727 ℃的水平線，在此溫度以下，平衡時不存在沃斯田鐵。A3是亞共析鋼中由沃斯田鐵開始生成肥粒鐵的溫度，從純鐵的912 ℃到共析點的727 ℃，含碳越多越低。Acm是過共析鋼中由沃斯田鐵開始生成雪明碳鐵的溫度，表示沃斯田鐵的碳固溶限，從727 ℃、0.76 wt%上升到1147 ℃、2.14 wt%。退火與淬火的加熱溫度，以這些線為基準來決定。實際加熱與冷卻時，變態會偏離平衡溫度，因此加熱時的值寫成Ac、冷卻時的值寫成Ar來區分。
亞共析、共析、過共析鋼的組織
由沃斯田鐵緩慢冷卻時，含碳少於0.76 wt%的亞共析鋼，在穿過A3線到727 ℃之間生成初析肥粒鐵，其餘的沃斯田鐵在727 ℃變成波來鐵。0.40 wt% C時，由槓桿法則得初析肥粒鐵 (0.76 − 0.40)/(0.76 − 0.022) ≈ 48.8 %，波來鐵約51.2 %。0.76 wt% C的共析鋼全部變成波來鐵。過共析鋼從Acm線開始在晶界上生成初析雪明碳鐵，1.2 wt% C時初析雪明碳鐵約7.4 %，波來鐵約92.6 %。波來鐵本身以質量計，肥粒鐵約89 %、雪明碳鐵約11 %。
鑄鐵的範圍與粒滴斑鐵
含碳超過2.14 wt%時，凝固的最後在1147 ℃發生共晶反應。4.30 wt% C的共晶鑄鐵全部變成粒滴斑鐵（γ與Fe₃C的混合組織），在727 ℃其中的γ變成波來鐵，因此室溫下成為稱為變態粒滴斑鐵的組織。少於4.30 wt%的亞共晶鑄鐵由初晶γ與粒滴斑鐵構成，多於4.30 wt%的過共晶鑄鐵由初晶雪明碳鐵與粒滴斑鐵構成。像這樣碳全部以雪明碳鐵的形式凝固的鑄鐵，是破斷面呈白色、硬而脆的白鑄鐵。
介穩系與穩定系（石墨）的差異
嚴格來說，雪明碳鐵是介穩的相，鐵與碳真正的平衡是在Fe與石墨之間。在Fe–石墨的穩定系中，共晶點約為1153 ℃、約4.2 wt% C，共析點約為738〜740 ℃、約0.65〜0.69 wt% C（各資料的值略有不同），比介穩系稍微偏向高溫、低碳側。Si多、冷卻緩慢等條件下容易生成石墨，成為組織中含石墨的灰鑄鐵等。反之，冷卻快或Cr、Mo等形成碳化物的元素多時，容易生成雪明碳鐵。鋼中通常不易生成石墨，因此以Fe–Fe₃C系來考慮。
快速冷卻時不能使用此圖
相圖表示充分緩慢加熱、冷卻而達到平衡時的相，不包含變態所需時間的資訊。像淬火那樣快速冷卻時，變態偏向比平衡溫度更低的溫度，在擴散跟不上的情況下，生成麻田散鐵或變韌鐵等非平衡組織。這些不出現在相圖上，要知道會成為何種組織，需要表示恆溫保持時變態的TTT圖，或表示連續冷卻時變態的CCT圖。以此圖與槓桿法則求得的組織與分率，請視為緩慢冷卻（退火）時的估計。
關於此圖的近似
主要點的值採用教科書常用的值，各線以直線連接這些點。只有A3線是從912 ℃到727 ℃的平滑曲線 T = 912 − 185·(C/0.76)^0.7。此式是為了通過兩端的點而選定，中間的溫度（例如0.40 wt% C時約794 ℃）是配合相圖形狀的近似，與實際的A3可能相差十數℃，需要精確值時，請以資料中的相圖確認。727 ℃以下α的碳固溶限，是表示從0.022 wt%降到接近0的示意。4.30 wt%右側的液相線因資料差異很大，以虛線作為參考。Fe₃C的含碳量配合本網站其他說明與題目取6.70 wt%。各資料的值在6.67〜6.70 wt%之間（由Fe₃C的化學計量約為6.69 wt%），也有資料把共晶溫度定為1148 ℃、包晶溫度定為1493 ℃。這些差異在分率的計算中只造成小數點以下的差。
將0.40 wt%C的亞共析鋼平衡冷卻至剛低於727℃。初析肥粒鐵的質量分率最接近下列何者？設共析成分為0.76 wt%C，727℃時肥粒鐵的碳濃度為0.022 wt%C，雪明碳鐵為6.70 wt%C。
- A約0.51
- B約0.94
- C約0.49
將1.2 wt%C的過共析鋼由沃斯田鐵區徐冷時，室溫下得到的組織為下列何者？
- A初析肥粒鐵與波來鐵
- B初析雪明碳鐵與波來鐵
- C只有波來鐵
常見問題
為什麼可以用剛低於727 ℃時的值計算室溫組織的分率？
因為在727 ℃以下，即使在平衡時α相的碳固溶限也只稍微降低，初析肥粒鐵與波來鐵的量幾乎不變。教科書的計算通常也使用剛低於727 ℃時的成分。
初析肥粒鐵的分率與肥粒鐵相全體的分率有何不同？
初析肥粒鐵是組織（在顯微鏡下可分辨的部分）的分率，0.40 wt% C時約為48.8 %。肥粒鐵相全體是連波來鐵中的肥粒鐵也包含在內的相分率，兩端取0.022 wt%與6.70 wt% C，約為94 %。依要求的是哪一種分率，改變連結線的端點。
淬火後鋼的組織也能由此圖得知嗎？
不能。麻田散鐵是由不伴隨擴散的變態生成的非平衡組織，不出現在相圖上。淬火後的組織要由TTT圖或CCT圖與冷卻速度來考慮。不過，淬火前要加熱到什麼溫度才能變成沃斯田鐵，可以由此圖的A3、Acm線讀出。
鋼與鑄鐵的分界是幾wt% C？
在Fe–Fe₃C系中，以沃斯田鐵的碳最大固溶限2.14 wt%為基準。低於此值時，可在固態下使整體成為沃斯田鐵；高於此值時，凝固的最後會發生共晶反應。也有資料取2.0〜2.11 wt%。