CHEM-C2400 MATERIAALIT SIDOKSESTA RAKENTEESEEN (5 op) Laskuharjoitus 1

CHEM-C2400 MATERIAALIT SIDOKSESTA RAKENTEESEEN (5 op) Laskuharjoitus 1 Kristallografiaa 1. Suunnan millerin indeksit (ja siten siis suunta) lasketaan vähentämällä loppupisteen koordinaateista alkupisteen koordinaatit. Suunta määritetään yleisesti vektorien summana, esim. suunta [110] on vektorin [100] ja [010] summa. Kuva 1: Tehtävä 1 A alkupiste 1,0,1 ja loppupiste 0,1,1. Näiden erotus [0 1, 1 0, 1 1] [ 110] B alkupiste 0,0,0 ja loppupiste 1,1, 1. Näiden erotus [ 1,1, 1 ]: koska kyseessä on 2 2 2 2 murtoluvut, lavennetaan kokonaisluvuiksi ja saadaan [121]. C alkupiste 1,0,0 ja loppupiste 1, 1,1. Näiden erotus [1-1, 1-0, 1-0] [0 1 1], josta 2 2 2 laventamalla saadaan kokonaisluvut [012] D alkupiste 1,1,0 ja loppupiste 1,0, 1 2 2. Näiden erotus on [1-1, 1 1 2,0-1, 1 2-0] [1 2 2] josta laventamalla saadaan [1 21] 2. Piirrä kuutiolliseen yksikkökoppiin (a) hilapiste A: (1, 0, 0)ja B: (1, 1, 0). Mikä on näiden kahden pisteen välinen suunta AB? Suunnat voidaan piirtää valitsemalla ensin origo (tässä tapauksessa vasen takanurkka) ja liikkumalla x,y,z-suuntaan suunnan millerin indeksien ilmoittama 1

matka. Kun suunnassa on negatiivisia komponentteja (viiva numeron päällä) voidaan origo valita siten, että suunta tulee piirretyksi yksikkökopin sisälle (tässä tapauksessa origoksi valitaan vasen etunurkka) (b) hilasuunnat [100], [110], [111], [ 110], [ 32 1]. Kuva 2: Ratkaisut tehtävään 2b. Jos komponentit menisivät yksikkökopin ulkopuolelle, voidaan ne jakaa sopivalla luvulla siten, että suurimmaksi arvoksi tulee 1. Suunta on sama, vaikka piirretty vektori onkin lyhyempi. Tässä tapauksessa jaetaan kolmella. Valitaan lisäksi uusi origo, koska x- ja z-suunnat ovat negatiivisia. (c) hilatasot (001), (010) ja (100)(huom. laskari paperissa oli virheellisesti taso (001) kahdesti.) Tason piirtäminen: 2

Piirrä ensin x,y,z-akselit Piirrä sitten tason akselien leikkauspisteet Tason yksikkökopin leikkauspisteet saadaan tason indeksien käänteisluvusta Esim. taso (110) leikkaa akselit/yksikkökopin pisteissä (1,1, ) Yhdistä leikkauspisteet muodostaaksesi tason. Indeksi 0:n käänteisluku tarkoittaa, että taso ei leikkaa lainkaan akselia vaikka lähestyttäisiin ääretöntä, eli taso on kyseisen akselin suuntainen. Jos tason indekseissä on kaksi nollaa (esim. 001), on taso tällöin näiden akseleiden (x-y) muodostaman tason suuntainen, mutta etäisyydellä z1 tasosta. Kuva 3: Ratkaisut tehtävään 2c. Kuva 4: Ratkaisut tehtävään 2d. (d) hilatasot (011), (101) ja (110) (e) hilatason muotoa {111} Hilatasot muotoa {111} ovat (111), (11 1), (1 11), ( 111, (1 1 1), ( 11 1), ( 1 11) ja ( 1 1 1). Eli kaikki ne tasot, joiden päätepisteet sijaitsevat yksikkökopin kolmessa kulmassa. (f) hilatasot (210) ja (632) (Ratkaisu sivulla 5.) 3

Kuva 5: Ratkaisu tehtävään 2e. Kuvasta jätetty pois vastakkaismerkkiset tasot; vain taso (111), ei tasoa ( 1 1 1). Diffuusio 3. Kupari-nikkeli-diffuusioparissa 500 tunnin käsittelyn jälkeen 1000 C:ssa Ni-konsentraatio on 3,0 p % 1,0 mm:n syvyydellä kuparissa. Mihin lämpötilaan diffuusiopari on kuumennettava, jotta saataisiin sama konsentraatio aikaiseksi 2,0 mm:n syvyydellä 500 tunnissa? Diffuusiovakio D 0 nikkelille kuparissa on 2, 7 10 4 m 2 /s ja aktivaatioenergia 236000 J/mol. Käytetään kaavaa x2 Dt vakio, missä x diffuusiomatka (m), D D 0 exp( Q d RT ) diffuusiokerroin (m2 ), t aika, Q aktivaatiokerroin (J/mol). Koska tässä tehtävässä myös aika on vakio (500 h), voidaan käyttää yksinkertaista kaavaa: x 2 1000 D 1000 x2 T D T Sijoitetaan tähän D D 0 exp( Q/RT ) ja ratkaistaan D T 4

Kuva 6: Ratkaisu tehtävään 2f. D T ( ) x 2 T D 0 exp Q d RT 1000 x 2 1000 ( (2mm) 2 2, 7 10 4 m 2 /s exp 2, 21 10 13 m 2 /s (1mm) 2 236000 J/mol 8,31 J/molK 1273 K Vielä pitää ratkaista tätä diffuusioarvoa vastaava lämpötila T, joka saadaan ( D T D 0 exp Q ) d RT Q d T R (ln D 0 ln D T ) 236000 J/mol 8, 31 J/molK (ln 2, 7 10 4 ln 2, 11 10 13 ) 1357 K 1084 C Tämä on kuparin sulamispiste eli hehkutusparametreja on muutettava halutun diffuusiokerroksen (2 mm) aikaansaamiseksi. 4. Hammaspyörän pinnan kovuutta (ja siten kulumisenkestävyyttä) voidaan lisätä hehkuttamalla kappaletta hiilettävässä uunissa, eli suorittamalla ns. hiiletyskarkaisu. Hammaspyöriä valmistavassa laitoksessa on käytössä työmenetelmä, jossa 500 hammaspyörää hiiletetään kerrallaan lämpötilassa 900 C. Hehkutus kestää tässä lämpötilassa ) 5

10 tuntia. Laitoksessa tiedetään, että käytettäessä lämpötilaa 900 C uunin kustannukset ovat 1000 euroa per tunti ja käytettäessä lämpötilaa 1000 C 1500 euroa per tunti. Onko hehkutuslämpötilan nosto 1000 C:een taloudellisesti perusteltavissa? Molemmat lämpötilat ovat raudan austeniittialueella, jossa Q 138 000 J/mol. Lämpötilat ovat 900 C 1173 K ja 1000 C 1273 K. Tehtävässä vaaditaan, että hammaspyörän pintaan muodostuvan runsashiilisen kerroksen paksuus x on sama molemmissa lämpötiloissa. Tässä voidaan käyttää kaavaa: x Dt missä D on diffusiviteetti (m 2 /s) ja t on hehkutusaika. Koska x on molemmissa tapauksissa sama saadaan hehkutusaika 1000 C:ssa: D 1273 t 1273 D 1173 t 1173 t 1273 t 1173 D 1173 /D 1273 Diffuusiokertoimen lämpötilariippuvuudelle pätee: ( D D 0 exp Q ) d RT D 0 on lämpötilasta riippumaton vakio (m 2 /s) Q d diffuusion aktivaatioenergia (J/mol) R kaasuvakio (8,31 J/molK) T absoluuttinen lämpötila (K) t 1273 10 h exp [ 138000/ (8, 314 1173)] exp [ 138000/ (8, 314 1273)] 3, 2104 h Käytettäessä hehkutuslämpötilaa 900 C on prosessin kappalekustannus 1000 Euro/h x 10 h/ 500 kpl 20 Euro/kappale ja jos lämpötila on 1000 C 1500 Euro/h x 3,2104 h / 500 kpl 9,60 Euro/kappale. Eli kun arvio tehdään pelkästään uunin käyttökustannusten perusteella lämpötilan nosto kannattaa. Samalla läpimenoaika lyhenee, mikä lisää tuottavuutta. 6

Tasapainopiirrokset 5. (a) Laske sementiitin (Fe 3 C) esiintymisalue (p-% C) ja merkitse se Fe-Fe 3 C-faasidiagrammiin. m(fe) 55,85 g/mol ja m(c) 12,01 g/mol. Sementiitti on metastabiili stökiömetrinen yhdiste. Otetaan sementiittiä Fe 3 C yksi mooli, jossa on 3 moolia rautaa ja yksi mooli hiiltä: N(Fe)3 ja n(c)1. 3 moolia rautaa painaa m(fe) M(Fe) n(fe) 55,85 (g/mol) 3 mol 167,55 g 1 mooli hiiltä painaa: m(c) M(C) n(c) 12,01 (g/mol) 1 mol 12,01 g Fe 3 C:ssä hiilen paino-osuus on: p- %C (Fe 3 C m(c)/[m(c) + m(fe)] 12,01 g / (12,10 g + 167,55 g) 6,69 p-%c Fe 3 C:n esiintymisalue Fe-Fe 3 C -faasidiagrammissa muodostaa pystyviivan koostumuksella 6,69 p%c. Sementiitti on stökiömetrinen yhdiste (täsmälleen kolme rauta-atomia ja yksi hiiliatomi), eli sen koostumus ja siten myös hiilipitoisuus on aina vakio. (b) Merkitse jähmeän liuoksen alueet. Merkitse faasien kidehilat (TKK ja PKK). (3 kpl) Fe-Fe 3 C -faasidiagrammissa kiinteän (eli jähmeän) liuoksen alueita ovat -ferriitin, γ-austeniitin ja δ-ferriitin alueet. Kiinteän liuoksen alue on 1-faasialue, jolla alkuaine X liuottaa itseensä vaihtelevia määriä alkuainetta. Fe-Fe 3 C faasidiagrammissa rauta liuottaa itseensä hiiltä, jolloin siitä tulee kiinteä liuos (jähmeä liuos). Sementiitti Fe 3 C ei ole kiinteä liuos, vaan kiinteä stökiömetrinen yhdiste. Allotropia tarkoittaa sitä, että yksi ja sama alkuaine pystyy esiintymään eri kidehiloilla (TKK, PKK, jne.) eri lämpötiloissa tai paineessa. Tällä tavalla käyttäytyy esim. rauta, vaikka siitä jätettäisiinkin hiili kokonaan pois (kuumennettaessa huoneenlämpötilasta: -ferriitti(tkk) > γ-austeniitti(pkk) > δ-ferriitti(tkk)). (c) Merkitse 2-faasialueet (kahden faasin alueet). (7 kpl) Kaksifaasialueet (7 kpl) on merkitty alla olevaan kuvaan 8. (d) Etsi ja nimeä faasireaktiot (joissa 3 faasia on tasapainossa). Kirjoita faasireaktioyhtälöt ilmoittaen myös faasien C-pitoisuudet.(3 kpl) Fe-Fe 3 C -faasidiagrammissa tapahtuu eutektinen reaktion koordenaateilla 4,30- %C ja 1147 C, jossa sula jähmettyy austeniitiksi ja sementiitiksi L(4, 30p-%C) γ(2, 14p-%C) + Fe 3 C(6, 69p-%C) Eutektoidinen 1 faasireaktio tapahtuu koodinaateilla 0,76 p-%c ja 727 C, missä austeniitti hajaantuu ferriitiksi ja sementiitiksi: 1 "eutektin kaltainen" γ(0, 76p-%C) (0, 022p-%C) + Fe 3 C(6, 69p-%C) 7

Kuva 7: Fe-Fe 3 C -tasapainopiirrokseen merkattu yhden faasin alueet -ferriitti (tkk), (γ) austeniitti (pkk), δ-ferriitti (tkk) sekä yhdisteen Fe 3 C esiintymisalue. Huomaa! aina: eutektisessa faasireaktiossa sula hajaantuu ja eutektoidisessa kiinteä faasi hajaantuu. Sula lasketaan yleensä myös faasiksi, vaikka se periaatteesa on aineen olomuoto, ei faasi. Peritektinen faasireaktion tapahtuu lämpötilassa 1493 C koostumuksella 0,18 p-%c. Siinä δ ferriitti ja sula reagoivat muodostaen γ austeniittia: δ(0, 10p-%C) + L(0, 51p-%C) γ(0, 18p-%C) (e) Merkitse Fe-Fe 3 C-faasidiagrammiin suorat A 1, A 3 ja A cm. A 1, A 3 ja A cm -suorien käsite helpottaa faasidiagrammin sanallista kuvausta, erityisesti kun mukaan otetaan hiilen lisäksi muut seosaineet Teräksiin lisättävien seosaineiden yhteenlaskettu pitoisuus on maksimissaan noin 5 p-%. Tämä määrä riittää siirtämään A 1, A 3 ja A cm suoria jonkin verran. Fe-Fe 3 C -faasidiagrammin "peruskuvio"kuitenkin säilyy ja esimerkiksi eutektoidinen reaktion tapahtuu lämpötila laskiessa eutektoidisessa pisteessä riippumatta siitä, onko tätä pistettä vastaava hiilipitoisuus 0,76 vai (seokstuksen vaikutuksesta) vaikkapa 0,60 p-%. (Runsaasti seostetut teräkset ovat sitten oma ryhmänsä niille parhaiten soveltuvine tasapainopiirroksineen.) Faasirajojen nimet on lisätty kuvaan 9. 8

Kuva 8: Fe-Fe 3 C -tasapainopiirrokseen merkattu kahden faasin alueet. 6. Käytä vipusääntöä ja laske seuraavat faasiosuudet. Ferriitin hiilipitoisuus on 0,022 p%, sementiitin 6,68 p% ja perliitin 0,76 p%. (a) Teräksen hiilipitoisuus on 0,76 p-% (eutektoidinen nimelliskoostumus). Minkälainen (mikro)rakenne teräksellä on? Mikä on ferriitti/sementiitti -suhde perliitissä? Mikä on ferriitin faasiosuus perliitistä? Mikä on sementiitin faasiosuus perliitistä? Teräksen hiilipitoisuus (0,76 p%) vastaa eutektoista koostumusta ja sen rakenne on perliittinen. Ferriitin hiilipitoisuus on 0, 02 p% C ja sementiitin hiilipitoisuus 6,68 p%c Ferriitti/sementiitti -suhde perliitissä Fe 3 C 6, 68 0, 76 0, 76 0, 02 8 vakio, pätee kaikiilla (hiili)terästen hiilipitoisuuksilla. Eli hiilipitoisuuden vaihdellessa perliitin määrä vaihtelee vastaavasti ei edellä laskettu faasisuhde. Ferriitti/(+Fe 3 C) -suhde perliitissä 9

Kuva 9: Fe-Fe 3 C -tasapainopiirrokseen merkattu pisteet, joissa kolme faasia on samanaikaisesti tasapainossa. Piirrokseen on myös merkattu faasirajat A 1, A 3 ja A cm. + Fe 3 C Sementiitti/(+Fe 3 C) -suhde perliitissä Fe 3 C + Fe 3 C 6, 68 0, 76 6, 68 0, 02 0, 76 0, 02 6, 68 0, 02 0, 89 0, 11 (b) Teräksen hiilipitoisuus on 0,5 p-%. Minkälainen teräs on kyseessä? Minkälainen (mikro)rakenne teräksellä on? Mikä on ferriitti/perliitti suhde? Entä ferriitti/sementiitti suhde? Kun teräksen hiilipitoisuus on on 0,5 p% on teräs alieutektoidista ja sen rakenne on ferriittis-perliittinen. Ferriitin hiilipitoisuus on 0, 02 p%c, sementiitin hiilipitoisuus 6,68 p%c ja perliitin hiilipitoisuus 0,76 p%. Ferriitti/perliitti -suhde on perliitti 0, 76 0, 5 0, 5 0, 02 10 0, 54

Ferriitti/sementiitti -suhde on Fe 3 C Ferriitti/sementiitti -suhde perliitissä Fe 3 C 6, 68 0, 5 0, 5 0, 02 12, 9 6, 68 0, 76 0, 76 0, 02 8 (c) Teräksen hiilipitoisuus on 1,0 p-%. Minkälainen teräs on kyseessä? Minkälainen (mikro)rakenne teräksellä on? Mikä on perliitti/sementiitti suhde? Entä ferriitti/sementiitti suhde? perliitti/sementiitti -suhde on perl. F 3 C Ferriitti/sementiitti-suhde on F 3 C 6, 68 1 1 0, 76 Ferriitti/sementiitti -suhde perliitissä on F 3 C 23, 67 6, 68 1 1 0, 02 5, 8 6, 68 0, 76 0, 76 0.02 8 7. Tarkastele rauta-hiili-seoksen jähmettymisessä ja jäähtymisessä syntyviä faaseja ja mikrorakenteita hiilipitoisuudella (a) 0,65 p-% Hiilipitoisuuus on niin korkea, että tasapainopiirroksen peritektinen tasapaino ohitetaan. Sulasta alkaa jähmettyä austeniittia n. 1490 C alaspäin sulan lämpötila saavuttaessa likviduksen. Jähmettyvien austiniittikiteiden hiilipitoisuus noudattaa solidusta ja ja on alussa n. 0,20 p%. Lämpötilan laskiessa austeniitin osuus rakenteesta kasvaa noudattaen vipusääntöä - sulan hiilipitoisuus kasvaa likviduksen ilmoittamalla tavalla ja austeniitin hiilipitoisuus kasvaa soliduksen mukana. Kun lämpötila saavuttaa soliduslämpötilan n. 1430 C, koko rakenne on muuttunut austeniittiseksi (0,65 p%c). ( Rakenteen hiilipitoisuus on alle 2,14 p%c eli siinä ei voi tapahtua eutektista reaktiota ( 1147 C)). Lämpötilan edelleen laskiessa rakenne on austeniittinen aina lämpötilaan 745 C asti. Ajusteniitin hiilipitoisuus on sama kuin nimellishiilipitoisuus eli 0,65 p%. Lämpötilassa 745 C saacutetaan austeniitin ja ferriitin tasapainoon liittyvä A 3 raja jolloin austeniittin raerajoille alkaa muodostua ferriittiä. Ensimmäisten ferriittirakeiden hiilipitoisuus on noin 0,02 p% ja muodostuvan ferriitin hiilipitoisuus noudattaa ferriittialueen ns solvusrajaa. Ferriitin muodostuminen johtaa 11

Kuva 10: Jähmettymisen kulku, kun teräksen hiilipitoisuus on 0,65 p%. hiilen siirtymiseen austeniitin puolelle ja näin austeniitin hiilipitoisuus kasvaa A 3 -rajan mukaisesti. Ferriitin ja austeniitin faasiosuudet rakenteesta voidaan jälleen laskea vipusäännön avulla. Kun saavutrtaan eutektoidinen lämpötila 727 C, jäljellä oleva austeniitti (0,76 p%) hajaantuu perliitiksi. Esieutektoidisen ferriitin ja perliitin faasuosuudet saadaan vipusäännöllä: X esieutektoidinen L L + L perl. 0, 76 0, 65 0, 76 0, 65 0, 15 15 p% (0, 76 0, 65) + (0, 65 0, 022) (0, 76 0, 022) X perl. 1 X esieutektoidinen 0, 85 85 p% Lämpötilan laskiessa alle eutektoidisen lämpötilan ferriitin hiilipitoisuus alenee hieman ja rakenteeseen voi muodostua hieman lisää perliittiä. Muutoin rakenne pysyy sellaisena, joksi se muodostui aikaisemmin. Loppurakenteessa on esieutektoidista ferriittiä (eli ferriittiä, joka on muodostunut ennen eutektodista reaktiota) ja eutektoidisessa reaktiossa muodostunutta perliittiä. 12

Kuva 11: Jähmettymisen kulku, kun hiilipitoisuus on 4,30 p%. Koska hiilipitoisuus on suurempi kuin 2,11 p%, kyseessä on valurauta. (b) 4,30 p-% (Eutektinen koostumus) Kun tullaan eutektiseen lämpötilaan 1147 C sula jähmettyy eutektisella reaktiolla ledeburiitiksi (austeniitin ja sementiitin lamellimainen seos). Huom. Eutektinen reaktio (kuten myös eutektoidinen) tapahtuu vakiolämpötilassa: lämpötilan aleneminen pysähtyy (tässä 1147 C:ssa) kunnes kaikki sula on jähmettynyt. Vasta jähmettymisen päätyttyä lämpötila lähtee laskemaan 1147 C:sta alaspäin. Ledeburiitin austeniittilamellien hiilipitoisuus on alussa 2,14 p-% ja sementiitin hiilipitoisuus koko ajan stökiömetrisen kaavan mukainen 6,69 p-%. Ledeburiitissa olevien faasien osuudet aivan eutektisen suoran alapuolella saadaan vipusäännöllä X eutektinen Fe 3 C L Fe3 C L Fe3 C + L γ 4, 30% 2, 14% 0, 476 47, 6 p% (4, 30% 2, 14%) + (6, 69% 4, 30%) X eutektinen γ,1147 C:ssa 1 X eutektinen Fe 3 C 0, 524 52, 4 p% Ledeburiitin jäähtyessä lämpötilasta 1147 C lämpötilan 727 C lähelle sen sisältämät austeniittilamellit eivät enää pysty liuottamaan hiiltä yhtä paljon kuin 13

alussa, austeniitin hiilipitoisuus pienenee noudattaen A cm -suoraa. Tällöin osa austeniitista yhdessä austeniitin hylkimän hiilen kanssa muodostavat esieutoidista sementiittiä (6,69 p%). Juuri lämpötilan 727 C yläpuolelle saakka muodostuneen sementiitin (ledeburiittinen, eli eutektinen ja esieutektoidinen) kokonaisfaasiosuus saadaan vipusäännöllä X eutektinen+esieutektoidinen Fe 3 C L Fe3 C L Fe3 C + L γ 4, 30% 0, 76% 0, 598 59, 8 p% (4, 30% 0, 76%) + (6, 69% 4, 30%) X eutektinen γ,727 C:ssa 1 X eutektinen+esieutektoidinen Fe 3 C 0, 402 40, 2 p% Kun saavutetaan eutektoidinen lämpötila 727 C rakenteessa jäljellä oleva austeniitti (austeniittilamelli ledeburiitissa) hajaantuu perliitiksi, kuten kohdassa a). Loppurakenne sisältää perliittiä ja sementiittiä. 8. 1,0 kg austeniittia (hiilipitoisuus 1,15 p-%) jäähdytetään 727 C:n alapuolelle. (a) Mikä on syntyvä esieutektoidinen faasi? Esieutektoidinen sementiitti (b) Kuinka paljon (kg) syntyy perliittiä ja esieutektoidista faasia? Perliittiä muodostuu: X p L p L p + L Fe3 C 6, 69% 1, 15% 0, 934 93, 4 p% (6, 69% 1, 15%) + (1, 15% 0, 76%) m p X p m tot 0, 934 1000 g 934 g Esieutektoidista sementiittiä muodostuu: M Fe3 C M tot m p 1000 g 934 g 66 g (c) Kuinka paljon (kg) ferriittiä syntyy yhteensä ja kuinka paljon sementiittiä syntyy yhteensä? Tällä hiilipitoisuudella ferriittiä on vain perliitissä. Perliitin sisältämän ferriitin (ferriittilamelleina) faasiosuus saadaan 14

X perliitissä L L + L Fe3 C 6, 69% 0, 76% 0, 889 88, 9 p% (6, 69% 0, 76%) + (0, 76% 0, 022%) Ferriitin massaosuus voidaan laskea kun tiedetään sen faasuosuus perliitissä ja perliitin massa. m tot m perliitissä X perliitissä m p 0, 899 934 g 831 g Tällä hiilipitoisuudella sementiittiä muodostuu esieutektoidisena ja perliitin lamelleina. Koska tiedetään, että koko mikrorakenne (perliitti + esieutektoidinen sementiitti) koostuu ferriitti- ja sementiittifaaseista, saadaan sementiittin kokonaismassa vähentämällä ferriitin massa kokonaismassasta: MFe tot 3 C m tot m tot 1000 g 831 g 169 g (d) Kuinka paljon (kg) muodostuu eutektoidista ferriittiä? Esieutektoidista ferriittiä ei muodostu, esieutektoidisen reaktion kautta tässä muodostuu vain sementiittiä. (e) Piirrä muodostuva mikrorakenne ja nimeä mikrorakenteen faasit. (esieutektoidinen- X/eutektoidinen-X jne.) Huomaa yksi asia: mikroskoopissa nähdään faasien tilavuussuhteet (tarkasti ottaen pinta-alasuhteet), tässä on laskettu painosuhteita. Mikrorakenteen perusteella teräksen hiilipitoisuus/sementiittipitoisuus näyttää suuremmalta kuin vipusäännön avulla laskettu hiilipitoisuus yksinkertaisesti siksi, että hiili on kevyempi aine kuin rauta. 15

Kuva 12: Optinen mikroskooppikuva. Mustat ohuet lamellit ovat eutektoidista sementiittiä, valkoiset ojuet lamellit ferriittiä ja valkoiset paksus kaistaleet esieutektoidista sementiittiä. Kapeana lamellina sementiitti näyttää mustalta ja leveänä alueena valkoiselta johtuen näytteen syövytyksestä. 16