Çelik çoğu endüstride en çok kullanılan ve en işe yarayan metaldir. Çeliğin demir (Fe) ve karbon (C) elementlerinden oluşan bir alaşımdır ancak yapısında bazı durumlarda belirli oranda fosfor (P), kükürt (S), silisyum (Si) ve alüminyum (Al) gibi elementler bulunabilmektedir. Bunun yanında bazı durumlarda ise çeliğin yapısının güçlendirilmesi için alaşımının içinde molibden (Mo), manganez (Mn), vanadyum (V), krom (Cr) ve tungsten (W) ismindeki elementler de yer alabilmektedir.
Metaller yapılarına göre değişik detaylara sahiptir. Örneğin, saf demir oda sıcaklığında α-Fe fazındadır. α-Fe fazı kübik hacim merkez yapısına sahiptir. Bununla beraber farklı sıcaklıklarda bu fazların değişime uğradığını görürüz. Örneğin, 911 derecede α-Fe kübik yüzey merkez yapıdaki y-Fe fazına dönüşür. 1392 derecede ise y-Fe fazının yapısı yine kübik hacim merkez yapısında olan δ-Fe fazına dönüşür. Saf demir allotropik yapıya sahiptir. Buna bağlı olarak çelik de katı haldeyken üç farklı faz yapısına sahip olmaktadır.
Çelik de sahip olduğu karbon miktarı, bulunduğu sıcaklık ve maruz kaldığı çeşitli işlemlere göre ferrit, östenit, sementit, perlit, δ-ferrit ve beynit olarak isimlendirilen çelik fazları içinden birini ya da birden fazlasını bir arada içerir.
Çeliğin Fazları
Ferrit
Ferrit fazı kübik hacim merkezli yapıya sahip bir fazdır ve oda sıcaklığındaki karbon çözünürlük oranı %0,006’dır. Bu oran 723 derecede %0,02’ye çıkmaktadır.
Östenit
Östenit fazı kübik yüzey merkezli bir yapıya sahiptir. 723 derecedeki karbon çözünürlüğü %0,8 olan östenitin maksimum karbon çözünürlüğü %2,06’dır.
Sementit
Ortorombik kafes yapısına sahip olan sementit intermetalik yani metaller arası bir fazdır. Bu fazda 3 Fe atomu 1 C atomu ile birleşir ve sementit yapısı oluşmuş olur. Bu faz sert ancak kırılgan bir yapıya sahiptir. Sementitin karbon çözünürlüğü ise %6,67’dir.
δ-Ferrit
δ-Ferrit, α-ferrit gibi kübik hacim merkezli bir yapıya sahiptir. δ-Ferrit’in kafes parametresi ise α-ferrit’ten daha büyüktür. δ-ferrit’in 1495 derecedeki karbon çözünürlüğü %0,09’dur.
Perlit
Perlit, ferrit ve sementitin parçalanması ile oluşan bir dönüşüm ürünüdür. Perlit ötektoid dönüşüm ile meydana gelmektedir. Bu dönüşüm esnasında sıcaklık sabit kalır ve karbon atomları tane sınırlarına doğru hareket eder.
Beynit
Beynit, izotermal dönüşüm sonucunda östenit fazından oluşur. Beynitin mikroyapısı, östenit tanelerinden çekirdeklenmiş ferrit ve küresel sementit yapılarından oluşmaktadır.
Martenzit
Martenzit, östenit fazından kayma ve ikizlenme yapısı ile oluşturulan bir fazdır. Martenzit fazı hızlı soğumayla elde edilir ve aşırı doygun bir fazdır.