ALOTROPIJA IN OHLAJEVALNA KRIVULJA KEMIČNO ČISTEGA ŽELEZA

Alotropija ali polimorfija je pojav, da ima ista snov različno kristalno zgradbo. Kristalna zgradba snovi je odvisna od pogojev (temperatura, tlak) pri kristalizaciji. Značilen primer alotropije je ogljik. Ta se v naravi pojavlja v obliki diamanta, grafita in saj. S ponovnim segrevanjem, pri visoki temperaturi in visokem tlaku, se grafit lahko spremeni v diamant.Ta proces se uporablja za umetno pridobivanje industrijskih diamantov.Veliko kovin (Zn, Mn, Sn ..), med segrevanjem in ohlajanjem, spreminjajo pri določeni temperaturi svojo kristalno zgradbo. Sprememba zgradbe se odraža tudi na njihovih lastnostih. Alotropija se pojavlja tudi pri čistem železu. Za lažje razumevanje toplotne obdelave in zgradbe njegovih zlitin, je potrebno poznati njegove modifikacije.Pri strjevanju iz tekočega stanja, pri 15340C, nastane delta modifikacija. Kristalna rešetka te modifikacije je prostorsko centrirana kocka. Pri temperaturi 1390oC (Ar4) delta Fe prekristalizira v gama modifikacijo, ki ma ploskovno centrirano kristalno rešetko. Velikost stranice se pri tem poveča od 0,293 nm na 0,365 nm. Pri 910oC (Ar3) se gama Fe spremeni v beta obliko, ki ima prostorsko centrirano kocko. Velikost stranice je 0,290 nm. Pri 768oC (Ar2) železo postane feromagnetično, zato se ta premena imenuje magnetna ali Curijeva. Oblika kristalne rešetke ostane enaka, kot pri beta modifikaciji. Velikost stranice kocke je najmanjša in je 0,289 nm. Alfa modifikacija je obstojna tudi pri zelo nizkih temperaturah. Pri segrevanju se spremembe izvršijo po nasprotnem vrstnem redu in pri nekoliko višjih temperaturah.

Temperature, pri katerih potekajo spremembe kristalnih oblik, imenujemo premene in se pri segrevanju označujejo z Ac2  Ac3  Ac4  ter pri ohlajanju z Ar4  Ar3  in Ar2.

 Stojna temperatura 723oC se pojavlja le pri zlitinah železa z ogljikom in se označuje z Ar1 ali Ac1. Pozneje bomo spoznali, da je to evtektoidna sprememba. Iz tega sledi, da ima železo kristalno rešetko v obliki kocke (kubični kristalni.sistem). Tri oblike α , β in δ imajo prostorno, modifikacija γ pa ploskovno centrirano kocko. Pri segrevanju se stranice kock povečajo od 0,289 do 0,293 nm. Nepričakovano največjo stranico ima gama modifikacija. Tako velika stranica ne pomeni, da ima ta modifikacija najmanjšo gostoto. Pri njej so atomi bolj gosto zloženi, kot pri ostalih oblikah. Do prave informacije o gostoti pridemo, če pri vsaki modifikaciji preračunamo število atomov v kubičnem nanometru. Kristalna rešetka železa γ ima 8 atomov na ogliščih in 6 na stranicah kocke. Vsak atom na ogliščih pripada osmim kockam, ki se dotikajo v tej točki. Vsak atom na stranicah si delita dve sosednji kocki. 

Fe modifikacija

obstojnost (oC)

oblika kristalne rešetke

velikost kristalne rešetke (nm)

št. atom/nm3

δFe

1390 do 1539

prostorska 

0,293

79.511

γFe

 910 do 1390

ploskovna 

0,365

82.259

βFe

 768 do 910

prostorska 

0290

82.004

αFe

  do 768

prostorska 

0,286

85.493