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En el Diagrama de fase Fe-Fe3C se presentan las fases a varias temperaturas para aleaciones Fe-C enfriadas de manera muy lenta, con un contenido de carbono de hasta 6.67% C. Este diagrama no es en realidad un diagrama en equilibrio ya que el compuesto ínter metálico Fe3C, o cementita, no es una fase en equilibrio.

Por esta razón el diagrama mostrado es un

diagrama de fase metaestable.

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Los cambios que se producen en la región de los aceros, cuando sometemos al sistema a procesos de enfriamiento lento desde una estructura austenítica inicial. A partir de la figura tenemos una muestra de  acero hipoeutectoide que contiene 0.2% de C. En el intervalo austenítico, la aleación consiste en una solución sólida intersticial uniforme. Cada grano contiene 0.2% de C disuelto en los espacios de la estructura reticular de hierro FCC. Al enfriarse lentamente no sucede nada destacable hasta que la línea GJ se intercepta en el punto X1. Esta línea se conoce como línea de temperatura crítica superior del lado hipoeutectoide, y se designa como A₃. El cambio alotrópico de Fe FCC a Fe BCC tiene lugar a 1666ºF para Fe puro y disminuye en temperatura con el aumento del contenido de carbono, como muestra la línea A₃; por tanto, en X₁, la ferrita debe empezar a formarse en las frontera de grano de la austenita. Como la ferrita puede disolver muy poco carbono, en aquellas áreas que cambien a ferrita, el carbono debe salir de la solución antes de que los átomos se reajusten por sí mismos a la estructura BCC.

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El carbono que sale de la solución es disuelto en la austenita restante, así que, conforme el enfriamiento avanza y la cantidad de ferrita aumenta, la austenita restante se hace más rica en carbono. El contenido en carbono se desplaza gradualmente a lo largo de línea A₃. Finalmente, la línea HJ se alcanza en el punto X₂. Esta línea se conoce como línea de temperatura crítica inferior en el lado hipoeutectoide y se designa como A₁. La línea A₁ es la de temperatura eutectoide y constituye la mínima temperatura a la que puede existir el hierro FCC bajo condiciones de equilibrio. Precisamente por encima de línea A₁, la microestructura consta de aproximadamente 25% de austenita y 75% de ferrita.

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Reaccion eutectoide en el Digrama Fe-Fe-3C

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Reaccion eutectoide en el Digrama Fe-Fe-3C

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La austenita cambia a ferrita y esta es una solución sólida intersticial en la que cada grano disuelve 0.8% de C en Fe FCC; sin embargo la ferrita es Fe BCC y disuelve muy poco carbono, de modo que el cambio de estructura cristalina no puede ocurrir hasta que los átomos de carbono salgan de la solución. Por tanto, el primer paso es precipitar los átomos de carbono para formar placas de cementita (carburo de hierro). En el área adyacente a la placa de cementita, el hierro se vacía de carbono y los átomos se reagrupan por sí mismos para formar ferrita BCC. A cada lado de la placa de cementita se forman delgadas capas de ferrita. El proceso continua con la formación de capas alternas de cementita y ferrita para la mezcla en forma de huella dactilar conocida como perlita. La reacción generalmente comienza en la frontera de grano de austenita, con la perlita creciendo a lo largo de la frontera y dentro del grano.