Cesko.wiki Alotropické modifikace železa
Author
Albert FloresAlotropické modifikace železa je jeden z nejznámějších příkladů alotropie v kovech. Za atmosférického tlaku se vyskytují následující alotropické modifikace: železo α, železo β, železo γ a železo δ. Modifikace nazývaná železo ε vzniká z α-železa při tlaku nad 10 GPa.
Charakteristika
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).
Dalším ochlazováním se struktura mění na kubickou plošně středěnou (FCC) od teploty 1394 °C, která má název železo γ a je paramagnetická. Parametr atomové mřížky železa γ je přibližně 3,65×10−10 m.
Při 912 °C se krystalová struktura opět vrací na kubickou prostorově středěnou jako železo β, které je také paramagnetické. Ochlazení pod tzv. +more Curieovou teplotou nepřináší již žádnou změnu ve struktuře, zůstává kubická prostorově středěná struktura (BCC), která je ale již feromagnetická a označuje se jako železo α. Parametr atomové mřížky železa α (β) závisí na teplotě a vzrůstá až do 2,9×10−10 m. Nemagnetické železo má všechny elektronové spiny atomů v magnetické doméně orientované stejně. 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. +more 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
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. +more 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, γ nebo δ) se nazývají ferit α (resp. ferit β, austenit nebo ferit δ).
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. +more při teplotě 910 °C. Větší rozpustnost uhlíku umožňuje až železo γ a to až do hodnoty 2,11 % hm. při 1146 °C.