Prijeđi na sadržaj

Alotropije željeza

Izvor: Wikipedija
Krivulja hlađenja čistog željeza.
Dijagram stanja (fazni dijagram) željezo – ugljik prikazuje razne alotropije željeza i čelika.

Alotropije željeza ili alotropske modifikacije željeza je jedno od važnijih svojstava željeza, koja govori da se željezo u čvrstom stanju pojavljuje u više kristalnih oblika, u određenim temperaturnim područjima. Čisto željezo ima u dva područja volumno centriranu kubičnu kristalnu strukturu, a u temperaturnom meduintervalu plošno centriranu kubičnu kristalnu strukturu. Velik broj željeznih slitina zadržava to svojstvo, koje je osnova za najznačajnije toplinske obrade.

Kada otopimo čisto željezo, a zatim ga dovoljno sporo hladimo, on se počinje skrućivati na temperaturi od 1538 ºC i stvara volumno centriranu kubičnu kristalnu strukturu, koju nazivamo delta-željezo (δ-Fe), sve do temperature od 1392 °C. Ispod temperature od 1392 °C željezo počinje mijenjati kristalnu strukturu u plošno centriranu kubičnu kristalnu rešetku. Željezo s takvom kristalnom rešetkom se naziva gama-željezo ili austenit (γ-Fe). Austenit je postojan sve do 911 °C, kada ponovo mijenja kristalnu strukturu. Na temperaturi od 911 °C nastaje ferit ili alfa-željezo (α -Fe). Do temperature od 768 °C ili Curiejeve temperature ova modifikacija željeza je nemagnetična (i nekad pogrešno nazvana beta-željezo ili β-Fe). Ispod ove temperature α-Fe postaje magnetično. Navedena pojava vezana je uz promjenu unutrašnje energije, električne vodljivosti itd.[1]

Temperature pretvorbe jednog alotropskog oblika željeza u drugi jako ovisi o brzini promjene temperature. Pri ravnotežnom (dovoljno sporom) stabilnom ohlađivanju i zagrijavanju pretvorbe su pri istim temperaturama. Pri neravnotežnom (brzom) metastabilnom ohlađivanju i zagrijavanju postoje odstupanja od ravnoteže i to: pri zagrijavanju su odstupanja su prema višim vrijednostima temperaturama, a pri ohlađivanju prema nižima. Odstupanje je razmjerno brzini promjene temperature i naziva se temperaturna histereza temperatura pretvorbi.[2]

Delta-željezo (δ-Fe)

[uredi | uredi kôd]

Delta-željezo (δ-Fe) predstavlja krutu otopinu ugljika u volumno centriranoj kubičnoj kristalnoj strukturi željeza, nemagnetičn je, te se javlja odmah nakon skrućivanja, na temperaturi od 1538 °C sve do temperature od 1392 °C. Njegova maksimalna topljivost ugljika iznosi 0,09% C pri temperaturi od 1456 °C.

Gama-željezo ili austenit (γ-Fe)

[uredi | uredi kôd]

Gama-željezo ili austenit (γ-Fe) je naziv za intersticijsku čvrstu otopinu (ugljik se otapa u čvrstom željezu jer su njegovi atomi puno manji) ugljika u gama-željezu (γ-Fe) s plošno centriranom kubičnom kristalnom rešetkom. Maksimalna topivost ugljika u austenitu je 2,06 % kod 1147 °C. Austenit nije stabilan na sobnoj temperaturi, ali se može pod određenim uvjetima dobiti i na sobnoj temperaturi (kaljenje). Uglavnom je stabilan u području od 911 °C do 1392 °C. Za naziv je zaslužan engleski metalurg William Chandler Roberts-Austen (1843. – 1902.). Tvrdoća austenita je 170-220 HB (tvrdoća po Brinellu) i vrlo je žilav.[3]

Alfa-željezo ili ferit (α -Fe)

[uredi | uredi kôd]

Alfa-željezo ili ferit (α -Fe) je naziv za intersticijsku čvrstu otopinu (ugljik se otapa u čvrstom željezu jer su njegovi atomi puno manji) ugljika u alfa-željezu (α-Fe) s volumno centriranom kubičnom kristalnom strukturom. Maksimalna topivost ugljika u α-Fe je 0,025 % kod 723 °C i samo 0,008 % na sobnoj temperaturi. To je najmekša faza u dijagramu stanja (fazni dijagram) željezo – ugljik. Ferit je kristalna struktura koja daje čeliku i lijevanom željezu magnetska svojstva; to je klasičan primjer feromagnetičnog materijala. Ferit ima vlačnu čvrstoću 280 N/mm2 i tvrdoću oko 80 HB (tvrdoća po Brinellu). Istezljivost ferita je do 35%.[4]

Izvori

[uredi | uredi kôd]
  1. [1]Arhivirana inačica izvorne stranice od 4. srpnja 2014. (Wayback Machine) "Fizikalna metalurgija I", dr.sc. Tanja Matković, dr.sc. Prosper Matković, www.simet.unizg.hr, 2011.
  2. "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
  3. [2]Arhivirana inačica izvorne stranice od 31. srpnja 2013. (Wayback Machine) "Metali", www.ffri.uniri.hr, 2011.
  4. "Specijalni čelici", dr. sc. Stjepan Kožuh, doc., Metalurški fakultet, www.simet.unizg.hr, 2010.