Чистое железо

Железо – ферромагнитный переходный полиморфный металл, с порядковым номером в таблице Д.И. Менделева 26. Электронная структура: 1S² 2S² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s².

Температура плавления чистого железа 1539 ˚С. Плотность при комнатной температуре 7,684 г/см³, атомная масса 55,85. Структура железа представляет собой равноосные полиэдры, разделенные тонкими прожилками границ зерен. Чистое железо имеет сравнительно крупные зерна. Техническим железом называют сплавы железа с углеродом, если содержание углерода в них не превышает 0,02% (по массе). Увеличение количества примесей, в том числе углерода измельчает размер зерна и увеличивает толщину границ. В техническом железе возможно выделение прожилок третичного цементита вдоль границ зерен. Железо имеет ряд критических точек (А₄ = 1392 ˚С, А₃ = 911˚С), соответствующих полиморфным превращениям, а также точку полиморфного превращения (точка Кюри – 770 ˚С).

При температурах ниже 911˚С железо имеет решетку объемноцентрированного куба (ОЦК), параметр решетки 2,8605 кХ при 20 ^˚С. Эта модификация носит название альфа – железо. До 770 ^˚С альфа–железо ферромагнитно, выше – парамагнитно. Ферромагнетизм исчезает при температуре точки Кюри без какого либо изменения в кристаллической структуре. Точка Кюри не обладает термическим гистерезисом, т.е. при охлаждении железа ниже 770 ^˚С ферромагнетизм восстанавливается.

Температура 911 ^˚С является критической точкой (А₃), при которой происходит полиморфное превращение a_FeÛg_Fe. При нагреве до температуры выше 911 ^˚С происходит перестройка кристаллической структуры железа из решетки объемно-центрированного куба в решетку с более плотной упаковкой атомов – куб гранецентрированный (ГЦК) – гамма-железа. Превращение a_Fe®g_Fe сопровождается уменьшением удельного объема примерно на 1%. Параметр ГЦК решетки γ–железа 3,6409 кХ при 950 ^˚С.

В равновесных условиях при очень медленном нагреве перестройка решетки из альфа в гамма–железо начинается приблизительно на 10 ^˚С выше, чем при образовании альфа из гамма–железа при очень медленном охлаждении. Поэтому, для того, чтобы различить температуры, при которых начинаются превращения, используют дополнительные индексы c и r соответственно при нагреве и охлаждении. В этом случае обозначение критических точек соответственно А_с3 и А_r3 при нагреве и охлаждении. Разница в температурных значениях А_с3 и А_r3 называется температурным гистерезисом превращения.

Гамма–железо существует в температурном интервале 911–1392 ^˚С. Температура 1392 ^˚С (А₄) является критической точкой, при которой происходит перестройка g_FeÛd_Fe. Дельта–железо, существующее до температуры плавления имеет решетку аналогичную альфа–железу, решетку объемно–центрированного куба, отличающуюся от альфа–железа параметром решетки (2,93 кХ при 1425 ^˚С). Гамма и дельта–железо парамагнитны.

Date: 2015-07-11; view: 398; Нарушение авторских прав