Alotropické modifikace železa

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
slitiny železa a uhlíku
Pure iron phase diagram (EN).svg
fázový diagram čistého železa za nízkých tlaků
alotropické modifikace železa
fáze slitiny železo–uhlík

ferit αferit βaustenit (γ)ferit δcementitperlitledeburit

mikrostruktura
martenzitbainittroostitsorbit
oceli
podle způsobu výroby

svářkovéplávkové

nelegované až středně legované

uhlíkovépérovépatinujícínástrojové

vysocelegované

korozivzdornéžáruvzdornéžárupevné

litiny
tvárná litinašedá litinatemperovaná litinabílá litina

Alotropické modifikace železa je jeden z nejznámějších příkladů alotropie v kovech. Za atmosférického tlaku se vyskytují jsou následující alotropické modifikace: železo α, železo β, železo γ a železo δ. Modifikace nazývaná železo ε je prokázána pouze experimentální úrovni a je stabilní za velmi vysokých tlaků a teplot.[1]

Charakteristika[editovat | editovat zdroj]

Kubická prostorově středěná mřížka
Kubická plošně středěná mřížka

Železo začne krystalizovat při chladnutí taveniny na úrovni teploty 1538 °C jako železo δ (často se označuje i jako vysokoteplotní modifikace železa α), které má kubickou prostorově středěnou strukturu (BCC).[2][3]

Dalším ochlazováním se struktura mění na kubickou plošně středěnou (FCC) od teploty 1394 °C, která má název železo γ a je paramagnetická.[4][3][5] Parametr atomové mřížky železa γ je přibližně 3,65×10-10 m.[6]

Při 912 °C se krystalová struktura opět vrací na kubickou prostorově středěnou jako železo β, které je také paramagnetické. Ochlazení pod tzv. Curieovou teplotou nepřináší již žádnou změnu ve struktuře, zůstává kubická prostorově středěná struktura, která je ale již feromagnetická a označuje se jako železo α.[3][5] Parametr atomové mřížky železa α (β) závisí na teplotě a vzrůstá až do 2,9×10-10 m.[6] Nemagnetické železo má všechny elektronové spiny atomů v magnetické doméně orientované stejně.[7] Avšak vliv okolních magnetických domén s jinak orientovanými spiny se vzájemně ruší. V zmagnetizovaném železe jsou elektronové spiny v doméně zarovnané, takže magnetický efekt okolních domén se znásobuje. I když každá doména obsahuje miliardu atomů, má rozměry přibližně v setinách milimetru.

Při tlaku přibližně nad 10 GPa a teplotě několik stovek kelvinů se železo α transformuje do těsně uspořádané mřížky šesterečné soustavy (HCP). Tato struktura se označuje jako železo ε. Železo γ se také může transformovat do železa ε, ale není nutné při tom působit tak vysokými tlaky. Tyto fáze se předpokládají v pevných částech planetárních jader. Předpokládá se, že Zemské jádro se skládá ze slitiny železo-nikl s fázemi ε.

Některé fáze slitiny železo-uhlík[editovat | editovat zdroj]

Železo tvoří s různými kovy a jinými prvky velmi důležitou sloučeninu. Nejdůležitější slitinu tvoří železo s uhlíkem buď jako ocel nebo jako technické železo resp. litinu. Podle další přídavných, tzv. legujících prvků, lze vytvořit mnoho druhů ocelí a litin s různými vlastnostmi. Pochopení vlastností alotropické modifikace železa je klíčem k výrobě kvalitní oceli. Tuhý roztok uhlíku a železa α resp. β resp. γ resp. δ se nazývají ferit α resp. ferit β resp. austenit resp. ferit δ.[4]

Železo α je stabilní modifikace železa při pokojové teplotě. Je to měkký, duktilní materiál, ve kterém lze rozpustit velmi malé množství uhlíku; maximálně 0,021 % hm. při teplotě 910 °C. Větší rozpustnost uhlíku umožňuje až železo γ a to až do hodnoty 2,11 % hm. při 1146 °C.[6][8]

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Allotropes of iron na anglické Wikipedii.

  1. BOEHLER, Reinhard. High-pressure experiments and the phase diagram of lower mantle and core materials. Review of Geophysics. 2000, čís. 38, s. 221–245 (231). [vydavatel American Geophysical Union]. Dostupné online [cit. 2011-10-23]. ISSN 8755-1209. (anglicky) 
  2. Metals Handbook, Vol. 8 Metallography, Structures and Phase Diagrams. 8. vyd. Metals Park, Ohio : ASM International, 1973. (anglicky) 
  3. a b c Foldyna et al., str. 71
  4. a b Systém Fe-C [online]. VŠCHT, 2009-02-20, [cit. 2011-07-07]. Dostupné online.  
  5. a b Hluchý et al., str. 57
  6. a b c Foldyna et al., str. 72
  7. CULLITY, B. D.; GRAHAM, C. D. Introduction to Magnetic Materials. 2. vyd. [s.l.] : IEEE Inc., 2009. ISBN 978-0-471-47741-9. S. 91.  
  8. Hluchý et al., str. 58

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • FOLDYNA, Václav; HENNHOFER, Karel; OLŠAROVÁ, Věra, Hlavatý, Ivo; Koukal, Jaroslav; Kristofory, František; Ochodek, Václav; Pilous, Václav; Purmenský, Jaroslav; Schwarz, Drahomír; Veselko, Július. Materiály a jejich svařitelnost. Recenzent: Jaroslav Koukal. 1. vyd. Ostrava : Česká svářečská společnost ANB, ZEROSS, 2000. 216 s. [reference viz Foldyna et al.]. ISBN 80-85771-85-3.  
  • HLUCHÝ, Miroslav; MODRÁČEK, Oldřich; PAŇÁK, Rudolf. Strojírenská technologie. lektoři Dr. Otakar Bothe a Ing. Ladislav Němec. 3. vyd. Svazek 2. Praha : Scientia, 2002. 173 s. [reference viz Hluchý et al.]. ISBN 80-7183-265-0.