Строение железа

Прежде чем перейти к рассмотрению различных сплавов железа, познакомимся со строением и свойствами самого железа. Температура плавления железа равна 1539°. Одной из самых важных особенностей железа является его способность претерпевать превращения в твердом состоянии (аллотропические превращения). Аллотропические превращения, протекающие в чистом железе, показаны на кривой охлаждения железа. Из приведенной кривой видно, что железо проходит через ряд аллотропических превращений и, следовательно, может находиться в различных структурных состояниях. При обычных температурах железо имеет кристаллическую решетку центрированного куба.

Железо с такой кристаллической решеткой называется а-железо (альфа - железо). Решетку центрированного куба железо сохраняет до температуры 910°. При указанной температуре происходит перегруппировка атомов железа, в результате которой образуется кристаллическая решетка куба с центрированными гранями. Железо с такой кристаллической решеткой называется у - железо (гамма - железо). При температуре 1400° снова происходит перегруппировка атомов железа и опять образуется кристаллическая решетка центрированного куба, которая сохраняется вплоть до температуры плавления. Железо с кристаллической решеткой центрированного куба, существующее при температуре выше 1400°, называется 5-железо (дельта-железо). В отличие от а- и у-железа, 5-железо не имеет какого-либо значения в практике термической обработки, так как температуры нагрева стали при термической обработке лежат значительно ниже 1400°.

При обычной комнатной температуре а-железо обладает магнитными свойствами, которые сохраняются и при нагреве его до температуры 768°. При нагревании железа до температуры выше указанной оно теряет свои магнитные свойства. В интервале температур 768 - 910° существует немагнитное а-железо, которое называют (3-железо (бета-железо). Таким образом, основными аллотропическими формами железа являются а-железо и у-железо. На этих модификациях основано большинство видов термической обработки стали. Мы уже знаем, что а- и у -железо отличаются друг от друга порядком расположения атомов, т. е. типом кристаллической решетки, а также по своим магнитным свойствам: а-железо магнитно, а у-железо - не магнитно. Следует указать еще на одно важное различие этих двух модификаций железа.

Они обладают различной способностью растворять углерод, т. е. образовывать с ним твердые растворы: а-железо может растворять ничтожное количество углерода - 0,006 - 0,04%, а у-железо - до 2 %. Различная растворимость углерода в а-железе и у-железе объясняется следующим. В кристаллической решетке а-железа атомы железа располагаются таким образом, что промежутки между ними очень малы и атомы углерода не могут проникнуть в эти промежутки. В кристаллической решетке у-железа атомы расположены плотнее, но между некоторыми из них промежутки увеличены. Через эти промежутки атомы углерода проникают в кристаллическую решетку железа. Способность железа растворять неодинаковое количество углерода играет важную роль при термической обработке стали. Температуры, при которых в железе происходят аллотропические превращения, называются критическими температурами, или критическими точками.