Limitazione della solubilità del carbonio: nell'acciaio, il carbonio esiste principalmente sotto forma di soluzione solida nel reticolo cristallino del ferro. Quando il contenuto di carbonio supera un certo limite, chiamato solubilità critica, il carbonio che supera questo limite esisterà in forma libera e formerà carburi, come Fe3C (cementite). Questi carburi provocano fasi fragili alle interfacce dei grani, aumentando così la fragilità dell'acciaio.
Effetto rafforzante del carbonio in soluzione solida: nell'acciaio a basso tenore di carbonio, il carbonio esiste principalmente sotto forma di soluzione solida, aumentando la durezza e la resistenza dell'acciaio. Tuttavia, quando il contenuto di carbonio aumenta, l'effetto di rafforzamento della soluzione solida del carbonio si indebolisce gradualmente e prevale gradualmente la formazione di carburi, con conseguente aumento della fragilità del materiale.
Formazione di carburi: la maggior parte del carbonio nell'acciaio ad alto tenore di carbonio esiste sotto forma di carburi, che si formano ai bordi dei grani e all'interno dei grani. L'esistenza di queste microstrutture ostacola lo scorrimento dei cristalli, con conseguente ridotta duttilità del materiale, rendendo l'acciaio più fragile.
Indurimento per precipitazione e fragilità: negli acciai ad alto contenuto di carbonio, una quantità eccessiva di carbonio può causare l'indurimento per precipitazione del carbonio durante il trattamento termico, aumentando così la durezza dell'acciaio. Tuttavia, ciò può anche portare ad una maggiore fragilità, soprattutto a basse temperature.
Nel complesso, mentre l’aumento del contenuto di carbonio aumenta la durezza e la resistenza dell’acciaio, si accompagna ad un aumento della fragilità. In molte applicazioni, esistono compromessi tra proprietà quali durezza, resistenza e tenacità, quindi la scelta del giusto contenuto di carbonio è una considerazione importante nella progettazione e preparazione dell'acciaio.
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