Процесс кристаллизации сплава описывается кривой охлаждений,
которая строится в координатах температура-время. Рассмотрим кристаллизацию сплавов содержащих от 2,14 до 4,3 % углерода. В качество примера возьмем сплав который содержит 3 % углерода (рисунок 3). Кристаллизация этого сплава начинается при температуре в точке 1. Несколько ниже температуры точки 1 из жидкой фазы начинают выделяться кристаллы аустенита. Сплав становится двухфазным (жидкость и кристаллы аустенита). Число степеней свободы С = К - Ф + I = 2 - 2 + I = 2, К = 2 (железо и углерод).
Состав жидкой фазы при понижении температуры меняется по линии ликвидуса АС, а аустенита - по линии АЕ. Процесс кристаллизации закончится при температуре 1147ºС соответствующей линии солидуса АЕСF.
При температуре 1147 °С аустенит достигает предельной концентрации, соответствующей точке Е (2,14 % углерода), а жидкость - эвтектического состава точки С (4,3 % углерода). При температуре эвтектики (линия ЕСF) существует нонвариантное равновесие аустенита состава точки Е (АE) и цементита состава точки F (ЦF) и жидкой фазы состава точки С (ЖС): ЖС ↔ АE + ЦF - образуется эвтектика ледебурит. Число степеней свободы С = 2 - 3 + 1 = 0. На кривой охлаждения при постоянной температуре 1147°С образуется площадка (3-3) которая показывает что для превращения всей жидкости в твердые кристаллы необходимо определенное время.
Несколько ниже температуры точки 3 сплав имеет структуру аустенита, цементита вторичного и ледебурита. Дальнейшее охлаждение сплава до температуры точки 4 не ведет к изменению его структуры. При достижении сплавом температуры 727°С происходит превращение аустенита в перлит. Для полного превращения сплава требуется определенное время которое изображается на кривой охлаждения площадкой 4-4. При этом аустенит состава точки S распадается на две твердые фазы: феррит состава точки Р и цементит состава точки К. AS ↔ ФР + ЦК - образуется эвтектоид перлит. При наличии трех фаз - феррита, аустенита и цементита - система нонвариантна, число степеней свободы: С = 2 + 3 – 1 = 0.
Несколько ниже температуры точки 4 сплав имеет структуру перлита, цементита вторичного и ледебурита (фаз при этом две - феррит и цементит): С = 2 - 2 + 1 = 1. При дальнейшем охлаждении структура сплава не меняется - идет простое охлаждение сплава.