Ogólna charakterystyka. Żelazem nazywa się zarówno pierwiastek Fe jak i tzw. żelazo techniczne, otrzymywane w skali przemysłowej z rud. Żelazo chemicznie czyste ma małe znaczenie praktyczne. Żelazo techniczne otrzymuje się obecnie głównie metodą metalurgiczną (tzw. żelazo armco), metodą redukcji tlenków i metodą elektrolityczną. Zależnie od metody otrzymywania żelazo ma nieco odmienny skład chemiczny oraz różniące się właściwości mechaniczne. Y- Żelazo ma cztery trwałe izotopy o liczbach masowych 54, 56, 57, 58. Jest ono mało odporne na korozję. 10.2.2. Przemiany żelaza podczas ogrzewania. Na rysunku 10-1 przedstawiono przemiany żelaza w miarę jego ogrzewania. W temperaturze 768°C (Ac2 temperatura Curie żelaza) żelazo ferromagnetyczne przemienia się w żelazo paramagnetyczne. W temperaturze 910°C (Ac3) następuje przemiana allotropowa żelaza a, o siatce krystalicznej przestrzen- no-centrycznej w żelazo y, o siatce plasko-centrycznej . W tem- peraturze powyżej 1400°C (Aci) żelazo y przemienia się ponownie w żelazo . W tej temperaturze jednak parametr siatki wynosi 0,293 zamiast 0,286 nm (2,93 zamiast 2,86 A) i dlatego dawniej określano tę odmianę jako żelazo . Temperatura 1535°C jest temperaturą topnienia żelaza. Przy poszczególnych charakterystycznych tempera- turach są widoczne na wykresie przystanki temperatury; wiążą się one z prze- mianą magnetyczną i allotropowa. W przypadku chłodzenia żelaza charakterystyczne temperatury są nieco odmienne, co nosi nazwę histerezy przemiany. Wykres żelazo—cementyt jest podstawą oceny m.in. temperatur przemian stopu żelazo—węgiel o zawartości do 6,67% węgla wstanie stałym i określenia jego struk­tury w różnych zakresach temperatur w stanie równowagi. Węgiel tworzy dwa rodzaje roztworów stałych: w żelazie — ferryt, w żelazie y — austenit. Jak zaznaczono na wy­kresie, ferryt znajduje się w dwu zakresach temperatur: poniżej temperatury 910°C (pole GPQ) i między 1400 a 1539"C (pole AHN). Największa rozpuszczalność węgla w ferrycie występuje w temperaturze 723°C i wynosi 0,025% (punkt P), natomiast w auste­nicie w temperaturze 1130°C i wynosi 2% (punkt E). Ferryt krystalizuje w siatce przestrzenno-centrycznej. W stali nisko- i średniowęglo-wej oraz w żeliwie szarym i ciągliwym może on występować jako samoistny składnik struktury, w innych przypadkach może występować jako składnik perlitu. Właściwości mechaniczne ferrytu są następujące: R„ = 250 MPa (25 kG/mm2), Re = 120 MPa (12 kG/mm2), A10 = 50%, HB = 800 MPa (80 kG/mm2). Składniki stopowe występu­jące w roztworze stałym z żelazem a zmieniają te wartości. Austenit krystalizuje w siatce płasko-centrycznej. W temperaturze pokojowej auste­nit jest składnikiem strukturalnym niektórych stali wysokostopowych (manganowych, niklowych i chromoniklowych). Właściwości stali chromoniklowej o strukturze auste­nitycznej są następujące: Rm = 700 MPa (70 kG/mm2), R. = 300 MPa (30 kG/mm2), Ato = 45% i HB = 2000 MPa (200 kG/mm2). Cementyt Fe3C jest składnikiem bardzo twardym i kruchym, HB = 7000 MPa (700 kG/mm2). Cementyt I (pierwszorzędowy) jest to cementyt wydzielający się wprost z roztworu ciektago. cementyt II (drugorzędowy) jest cementytem wydzielającym się z austenitu, cementyt III (trzeciorzędowy) — cementytem wydzielającym się z ferrytu niskotemperaturowego. Ledeburyt jest mechaniczną mieszaniną austenitu z cementytem I o zawartości węgla ok. 4,3%. Poniżej temperatury 723°C ledeburyt ulega przemianie, przy czym ledeburyt przemieniony składa się z perlitu, cementytu I i cementytu II. Ledeburyt ma twardość HB = 4500 MPa (450 kG/mm2). Perlit jest to mieszanina ferrytu z cementytem II o zawartości węgla 0,8%. Perlit jest składnikiem strukturalnym wyżarzonych stali węglowych oraz żeliw białych, szarych i ciągliwych. Stal węglową o strukturze perlitycznej przy zawartości węgla 0,8% charak­teryzuje: Rm = 840 MPa (84 kG/mm2), Ai0 = 15%, HB = 2200 MPa (220 kG/mm2).