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ENGLISH
12-12-2025-Materials Technologies - Equilibrium Phase Diagram of Pure Iron [EN]-[IT]
With this post, I would like to provide a brief introduction to the topic mentioned above.
(lesson/article code: QE_09)
Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot
Equilibrium Phase Diagram of Pure Iron,
Below is the equilibrium phase diagram of iron. Pure
From this diagram, we can make the following observations:
At a temperature of 1550°C and a pressure of 1 atm, there is no solid phase—neither α, γ, nor δ—and the iron is only liquid.
From an analysis of the equilibrium phase diagram of pure iron, at T=1394°C and P=10^-4 atm, Feγ and Feδ can coexist.
We can also deduce that at T(temperature)=910°C and P(pressure)=1 atm, Feα and Feγ can coexist.
The solid phases of pure iron
The solid phases of pure iron are three: α, γ, and δ.
Alpha iron
In this phase, iron has a CCC (body-centered cubic) crystalline structure.
This phase extends from room temperature up to 910°C.
This zone represents magnetic iron and, compared to pure iron, is the hardest and most brittle of the three solid phases.
This phase is important because it forms the basis of the microstructure of most carbon steels at room temperature.
Gamma Iron
In this phase, iron has a CFC (face-centered cubic) crystalline structure.
As can be seen from the graph, the stability range is from 910°C to 1394°C.
In this zone, pure iron is very ductile, but not magnetic.
This phase is useful because it is the phase from which the austenitic transformation in steels begins, and austenite is essential in heat treatments. The most well-known heat treatments are quenching, tempering, and normalizing.
Delta Iron
In this phase, iron has a CCC (BCC) crystalline structure – like α iron.
The stability range is from 1394°C to the melting point (1538°C), after which we move on to melting.
In this phase, pure iron reverts to a structure similar to the α phase, but at a much higher temperature and with a lower density than the α phase.
As you can see from the graph above, the highlighted portion is small; this is, in fact, a transition phase prior to melting.
The δ (delta) phase is rarely used in technical applications but is important for understanding what happens in the casting and melting processes.
Conclusions
Knowing the equilibrium state diagram of pure iron and the α, γ, and δ transformations is important for determining the hardness, ductility, toughness, and weldability of iron. Furthermore, we must also consider that every heat treatment (quenching, tempering, annealing, normalizing) is based on transformations between these phases.
Question
Did you know that these phases are passed through when liquid steel is produced in the steelworks?
Did you know that understanding where the δ phase appears is essential to the iron solidification process in large steel plants?
Did you know that without a thorough understanding of these phases, modern steels could not be designed or produced?
Did you know that the first person to correctly describe the phase diagram of iron was Sir William Chandler Roberts-Austen (1843–1902)?
ITALIAN
12-12-2025-Tecnologie dei materiali - Diagramma di stato di equilibrio del ferro puro [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: QE_09)
immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot
Diagramma di stato di equilibrio del ferro puro
Qui di seguito il diagramma di stato di equilibrio del ferro puro
Da questo diagramma possiamo fare la seguenti considerazioni:
Alla temperatura di 1550°C e alla pressione di 1 atm non è presente alcuna fase solida, né α, né γ, né δ ed il ferro è solo liquido.
Dall'analisi del diagramma di stato di equilibrio del ferro puro, a T=1394°Ce P=10^-4 atm possono coesistere il Feγ e il Feδ.
Possiamo dedurre anche che con T(temperatura)=910°C e P(pressione)=1 atm possono coesistere il Feα e il Feγ.
Le fasi solide del ferro puro
Le fasi solide del ferro puro sono tre: α, γ e δ.
Ferro α (alfa)
In questa fase il ferro ha una struttura cristallina di tipo CCC (cubico a corpo centrato)
Questa fase va dalla temperatura ambiente fino a 910°C.
Questa zona rappresenta il ferro magnetico e, sempre rispetto al ferro puro, è il più duro e fragile tra le tre fasi solide.
Questa fase è importante perchè è la base della microstruttura della maggior parte degli acciai al carbonio a temperatura ambiente.
Ferro γ (gamma)
In questa fase il ferro ha una struttura cristallina di tipo CFC (cubico a facce centrate)
Come si vede dal grafico l'intervallo di stabilità va da 910°C a 1394°C.
In questa zona il ferro puro è molto duttile, ma non è magnetico.
Questa fase è utile perché è la fase da cui parte la trasformazione austenitica negli acciai è l’austenite è fondamentale nei trattamenti termici. I trattamenti termici più noti sono la tempra, il rinvenimento e la normalizzazione.
Ferro δ (delta)
In questa fase il ferro ha una struttura cristallina di tipo CCC (BCC) – come il ferro α
L'intervallo di stabilità va da 1394°C fino al punto di fusione (1538°C), dopo questa fase passiamo alla fusione.
In questa fase le proprietà sono che il ferro puro torna ad avere una struttura uguale alla fase α ma a temperatura molto più alta e con minore densità rispetto alla fase α.
Come si vede dal grafico qui sopra, la parte evidenziata è poca, questa infatti è una fase di passaggio prima della fusione.
La fase δ (delta) è poco utilizzata in applicazioni tecniche ma é importante per capire cosa succede nei processi di colata e fusione.
Conclusioni
Conoscere il diagramma di stato di equilibrio del ferro puro e le trasformazioni α, γ e δ, è importante per determinare la durezza, la duttilità, la tenacità ed il comportamento sotto saldature del ferro. Inoltre, dobbiamo considerare anche che ogni trattamento termico (tempra, rinvenimento, ricottura, normalizzazione) si basa sulle trasformazioni tra queste fasi.
Domanda
Sapevate che queste fasi vengono attraversate quando si produce l’acciaio liquido in acciaieria?
Sapevate che capire dove compare la fase δ è essenziale nel processo di solidificazione del ferro nei grandi impianti siderurgici?
Sapevate che oggi, senza conoscere bene queste fasi, non si potrebbero progettare né produrre acciai moderni?
Sapevate che il primo a descrivere correttamente il diagramma di stato del ferro è stato Sir William Chandler Roberts-Austen (1843–1902)?
THE END