Β铁
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钢、铁、以及其他铁合金 |
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铁碳合金中的相与显微组织 |
钢(按成分分类) |
钢(按应用分类) |
其他含鐵材料 |
锻铁(熟铁、工业纯铁,含碳量≤0.04%) |
β铁是一種已過時的名詞,以前用來稱呼鋼鐵的一種顯微組織,後來發現其實就是溫度超過臨界溫度A2,由鐵磁性變為順磁性的肥粒鐵[1][2]。
低碳鋼、中碳鋼及大部份鑄鐵在室溫下的主要相都是肥粒鐵(α鐵),當鐵或肥粒鐵钢加熱超過臨界溫度A2,也稱為居里溫度771 °C(1044K或1420 °F),[3],其原子因熱的隨機運動已超過3d軌域未成對自旋電子的磁矩[4],A2是圖1相圖中β铁的溫度下界,β铁在晶体学上α鐵完全相同,只有磁疇及和溫度有關的延伸立方晶系晶格參數不同,因此在熱處理上的重要性不大。因為這個原因,β相半多不會視為一個獨立的相,會視為是α鐵在高溫下的情形,而the A2溫度的重要性也比A1(共晶溫度)、A3、Acm臨界溫度要低。Acm是奥氏体和碳化三鐵+γ-Fe平衡的狀態,已超過圖1的右邊界。在技術上來說,α相 + γ相的區域在超過A2之後即為β相 + γ相。β鐵的命名維持用希臘字母為鐵及鋼的相命名的習慣:肥粒鐵(α-Fe)、β铁(β-Fe)、奥氏体(γ-Fe)、高溫的δ鐵(δ-Fe)及高壓下的ε鐵(ε-Fe)。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2f/Beta_iron_carbon_pd.TIF/lossy-page1-400px-Beta_iron_carbon_pd.TIF.jpg)
A2臨界溫度和感應加熱
[编辑]β铁和A2臨界溫度對鋼的感應加熱相當重要,如表面硬化的熱處理。鋼一般會在900–1000 °C奥氏体化,然後再進行淬火及回火。感應加熱是利用高頻的交流磁場,在居里溫度以下的二個效應來加熱鋼:渦電流的電阻加熱或焦耳(I2R)加熱,以及鐵磁性材料的磁滯損失。在A2溫度以上,磁滯現象消失,而相同溫度上昇需要的能量比A2溫度以下要高很多。需要用對應的電路,調整電感電源的阻抗來補償上述的變化[5]。
地質學中的β铁
[编辑]乌普萨拉大学的Saxena Dubrovinsky等人觀察一個高溫高壓鐵碳晶相下的X射線衍射(XRD),認為是β鉄[6]。 A foil of 99.9%純肥粒鐵的薄片用金剛石砧壓縮,壓力在35–40 GPa,以形成標準的高壓相,六方最密堆積的ε鐵。將ε-Fe用雷射加熱到1500 K,用X射線衍射掃描,淬火後再掃描,出現了四層六方最密堆積超晶格的β[7],認為可能是地球鐵質地心的可能狀態。不過後續的研究無法產生β铁或是其他的正交晶系,因此上述實驗認為可能是亞穩態或是錯誤的結果[8]。
參考資料
[编辑]- ^ D. K. Bullens et al., Steel and Its Heat Treatment, Vol. I, Fourth Ed., J. Wiley & Sons Inc., 1938, p. 86.
- ^ S. H. Avner, Introduction to Physical Metallurgy, 2nd Ed., McGraw-Hill, 1974, p. 225.
- ^ 3.0 3.1 ASM Handbook, Vol. 3: Alloy Phase Diagrams, ASM International, 1992, p. 2.210 and 4.9, ISBN 0-87170-381-5.
- ^ B. D. Cullity & C. D. Graham, Introduction to Magnetic Materials, Second Ed., IEEE Inc., 2009, p. 91, ISBN 978-0-471-47741-9.
- ^ S. L. Semiatin and D. E. Stutz, Induction Heat Treatment of Steel, ASM International, 1986, p. 95-98, ISBN 0-87170-211-8.
- ^ S. K. Saxena, L. S. Dubrovinsky, P. Haggkvist, Y. Cerenius, G. Shen & H. K. Mao, "Synchrotron X-ray Study of Iron at High Pressure and Temperature", Science, Vol. 269, 22 Sep 1995, p. 1703-4.
- ^ Powder Diffraction File 00-050-1275, International Centre for Diffraction Data, 1998.
- ^ Y. Ma, M. Somayazulu, G. Shen, H. Maob, J. Shub & R. J. Hemley, "In situ X-ray diffraction studies of iron to Earth-core conditions", Physics of the Earth and Planetary Interiors, Vol. 143–144 (2004) p. 455–467.