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Β铁

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的顯微組織

肥粒鐵(α-Fe)
奥氏体(γ-Fe)
马氏体
波來鐵(88%肥粒鐵,12%碳化三铁)
變韌鐵
粒滴斑鐵(肥粒鐵及碳化三铁的共晶
    混合物,含碳量4.3%)
碳化三铁(Fe3C)
β铁(β-Fe)
ε铁(ε-Fe)

坩埚钢
碳鋼(含量≤2.1%)
彈簧鋼(低或無合金
合金鋼(含有碳以外的元素)

马氏体时效钢(含鎳)
不鏽鋼(含鉻量≥10.5%)
耐候钢
工具鋼(工具用的合金鋼)
其他含鐵材料

鑄鐵(含碳量>2.1%)

白鑄鐵
灰鑄鐵
可鍛鑄鐵
球墨鑄鐵
蠕墨铸铁
锻铁(含有熔渣)

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肥粒鐵[1][2]

低碳鋼、中碳鋼及大部份鑄鐵在室溫下的主要都是肥粒鐵(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奥氏体碳化三鐵+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)。

圖1:鐵碳相圖中,β鐵及A2臨界溫度位在靠近鐵的一側[3]

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,如表面硬化的的熱處理。鋼一般會在900–1000 °C奥氏体化,然後再進行淬火回火。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英语metastable或是錯誤的結果[8]

參考資料[编辑]

  1. ^ D. K. Bullens et al., Steel and Its Heat Treatment, Vol. I, Fourth Ed., J. Wiley & Sons Inc., 1938, p. 86.
  2. ^ S. H. Avner, Introduction to Physical Metallurgy, 2nd Ed., McGraw-Hill, 1974, p. 225.
  3. ^ 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.
  4. ^ B. D. Cullity & C. D. Graham, Introduction to Magnetic Materials, Second Ed., IEEE Inc., 2009, p. 91, ISBN 978-0-471-47741-9.
  5. ^ S. L. Semiatin and D. E. Stutz, Induction Heat Treatment of Steel, ASM International, 1986, p. 95-98, ISBN 0-87170-211-8.
  6. ^ 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.
  7. ^ Powder Diffraction File 00-050-1275, International Centre for Diffraction Data, 1998.
  8. ^ 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.