Alotropia – występowanie tego samego pierwiastka lub związku chemicznego w postaci dwóch lub kilku odmian krystalograficznych zwanych alotropowymi. Przemiany alotropowe zachodzą przy stałych temperaturach i towarzyszy im wydzielanie lub pochłanianie utajonego ciepła przemiany.
Odmiany alotropowe żelaza - Znane są cztery alotropowe odmiany żelaza zamknięte pod wpływem ciśnienia atmosferycznego:
- żelazo alfa (α)
- żelazo beta (β)
- żelazo gamma (γ)
- żelazo delta (δ)
- żelazo epsilon (ε) - forma wysokociśnieniowa
Do metali mających odmiany alotropowe należy żelazo z odmianami:
• Fe α - występujew temperaturze niższej od 914 oC oraz w zakresie temperatur od
1394 oC do 1538 oC - odmiana
wysokotemperaturowa Fe α (δ) lub δ.
Odmiana Fe α krystalizuje w sieci
regularnej przestrzennie
centrowanej układu (bcc).Roztwory stałe węgla w Fe α nazywane są ferrytem.
• Fe γ - występuje w zakresie temperatur od 912 oC do 1394 oC, Odmiana Fe γ krystalizuje w sieci regularnej ściennie centrowanej (fcc).
Roztwory stałe węgla w Fe γ nazywane są austenitem
Ferryt jest roztworem stałym C w Fe α o
bardzo małej zawartości węgla (do
ok.0.02%) i z tego powodu jego właściwości
różnią się niewiele od właściwości czystego
Fe; na zgładach metalograficznych
widoczny jako jasny składnik, sieć bcc –
regularna przestrzennie centrowana, liczba
atomów w komórce elementarnej 2; do
punktu Curie (770oC) wykazuje właściwości
ferro-,
a powyżej paramagnetyczne, twardość: 80 HB
a powyżej paramagnetyczne, twardość: 80 HB
Rys. 1 Ferryt
Źródło: https://www.wikiwand.com/pl/Ferryt 22.04.2020 r.
Rys. 2 Sieć krystaliczna ferrytu
Źródło: https://www.wikiwand.com/pl/Ferryt 22.04.2020 r.
Rys. 3 Zakres istnienia ferrytu w układzie Fe-Fe3C
__ Zakres występowania ferrytu α jako jedynej fazy__ Zakres występowania ferrytu α wraz z innymi fazami, np. jako składnika mieszaniny eutektoidalnej
__ Zakres występowania ferrytu δ jako jedynej fazy
__ Zakres występowania ferrytu δ z cieczą bądź jako składnika mieszaniny perytektycznej
Źródło: https://www.wikiwand.com/pl/Ferryt 22.04.2020 r.
Wydzielanie się ferrytu z austenitu wymaga równoczesnego przebiegu zmiany typu sieci krystalicznej oraz odpowiedniej zmiany składu chemicznego. Zmiana sieci może odbywać się dzięki aktywowanemu cieplnie ruchowi atomów żelaza na odległości porównywalne z parametrem sieci krystalicznej. We wszystkich układach oprócz jednoskładnikowego potrzebny jest jeszcze drugi mechanizm. W takich przypadkach oprócz przebudowy sieci musi zaistnieć aktywowany cieplnie ruch atomów domieszki na odległości wielokrotnie większe od parametru sieci. Wzrost ferrytu jest kontrolowany szybkością dyfuzji węgla w austenicie i ruchliwością powierzchni międzyfazowej.
Produktami przemiany austenitu w ferryt mogą być:
- ferryt ziarnisty (allotriomorficzny)
- ferryt płytkowy (idiomorficzny)
- ferryt bainityczny (bainit)
- ferryt iglasty
- martenzyt.
Rys. 4 Odmiany alotropowe żelaza w układzie żelazo-cementyt
Źródło: https://www.wikiwand.com/pl 22.04.2020 r.
Austenit - występuje w strukturze regularnej ściennie centrowanej (A1) (patrz Rys. 5). Ma większą rozpuszczalność pierwiastków niż ferryt. W temperaturze 1148 °C można maksymalnie rozpuścić 2,11% C. Jest fazą wyjściową do otrzymywania innych struktur (np. perlitu, bainitu, martenzytu). Jest paramagnetyczne. Bez udziału dodatków stopowych nie jest stabilną fazą w temperaturze otoczenia. W niektórych opracowaniach literaturowych pojęcie austenitu zaczyna się pojawiać jako faza wysokotemperaturowa innych stopów niż tylko Fe-C (np. stopy z pamięcią kształtu).
Rys. 5 Sieć krystaliczna austenitu
Źródło: https://www.wikiwand.com/pl 22.04.2020 r.
W przeciwieństwie do ferromagnetycznych stali o strukturach ferrytycznych, ferrytyczno-perlitycznych i martenzytycznych, stal austenityczna jest paramagnetyczna (przenikalność magnetyczna względna ok. 1) i nie jest przyciągana przez magnesy.
Rys. 6 Wykres fazowy układu żelazo-cementyt z zaznaczonymi obszarami jednofazowymi:
__ Zakres występowania ferrytu
__ Zakres występowania austenitu__ Zakres występowania cieczy
Źródło: Jerzy Pacyna; Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia. Kraków: UWND AGH, 2005.
Austenit tworzy się w wyniku przemiany eutektoidalnej zachodzącej przy nagrzewaniu powyżej temperatury Ac1, a także wskutek przemiany ferrytu w stalach podeutektoidalnych. W stalach nadeutektoidalnych po przemianie eutektoidalnej w trakcie nagrzewania rozpuszcza się cementyt drugorzędowy (wtórny). Zarodki austenitu powstają na granicach międzyfazowych.
W stalach stopowych powstanie austenitu wymaga zajścia dyfuzji węgla i pierwiastków stopowych na dalekie odległości. Należy pamiętać, że niektóre węgliki stopowe mają bardzo silne wiązania atomowe i rozpuszczenie ich w roztworze wymaga użycia odpowiednio większych temperatur. Najtrudniej rozpuszczają się węgliki tytanu, wanadu i niobu. Najwcześniej rozpuszcza się cementyt.
Zadanie:
https://learningapps.org/watch?v=pascb503a20
Po wykonaniu zadania, w komentarzu tego bloga proszę wpisać swoje imię i nazwisko oraz klasę.
Marcin Paczuski 1Mt
OdpowiedzUsuń