مخطط الحديد-الكربون (EKD)

مخطط (EKD) هو الخريطة التي يقع عليها كل فولاذ. على المحور الأفقي توجد نسبة ، وعلى العمودي درجة الحرارة. يخبرك المخطط: عند درجة الحرارة هذه ونسبة الكربون هذه، يكون فولاذك بهذا البنية المجهرية بالضبط.

الحديد النقي يمر عند التسخين بتحولين في الشبكة البلورية. تحت 911 °C يكون — بنية طرية قابلة للتشكيل جيداً بشبكة مكعبة مركزية الجسم، بالكاد تذيب (بحد أقصى 0.02 %). بين 911 °C و 1392 °C يتحول إلى ، شبكة مكعبة مركزية الأوجه، تمتص أكثر بكثير (حتى 2.06 %). وهذا بالضبط هو محور الموضوع: يذوب جيداً في ، أما في فلا يكاد يذوب.

إذا بردت الفولاذ ببطء، يريد مغادرة مرة أخرى. عند 723 °C — درجة حرارة البيرليت — يتفكك إلى خليط دقيق من و (كربيد الحديد Fe₃C). هذا الخليط الشريطي يسمى . عند 0.8 % تقع النقطة يوتكتوئيد: كل يتحول دفعة واحدة إلى . تحتها (0.02–0.8 % C) يتشكل أولاً ، والباقي يصبح ؛ فوقها (0.8–2.06 % C) يتشكل أولاً عند حدود الحبيبات، والباقي يصبح .

عند 2.06 % ينتهي مجال الفولاذ ويبدأ الحديد الزهر. الحديد الزهر يحتوي على أكثر من اللازم، بحيث يتشكل عند التجمد غرافيت أو ledeburite — لذلك هو هش وقابل للصب، لكن غير قابل للطرق.

بالنسبة لك كعامل لحام، EKD هو تفسير كل ما يحدث في اللحام. عند يسخن الفولاذ فوق 900 °C — كل شيء يصبح . إذا بردت بسرعة، لا يجد وقتاً ليخرج كـ . بدلاً من ذلك تنقلب الشبكة فجأة وتشكل — صلب كالزجاج، هش، معرض للتشقق. كلما زاد ، زادت صلابة و خطورة .

لذلك هناك قيمتان مهمتان جداً: نسبة الكربون تحدد أقصى ، وسرعة التبريد تحدد كم منها يتشكل فعلاً. الاثنان معاً يفسران لماذا تسخن الألواح السميكة مسبقاً و تلحم الفولاذ عالي الكربون بحذر فقط.