β铁是一种已过时的名词,以前用来称呼钢铁的一种显微组织,后来发现其实就是温度超过临界温度A2,由铁磁性变为顺磁性的肥粒铁[1][2]。
低碳钢、中碳钢及大部份铸铁在室温下的主要相都是肥粒铁(α铁),当铁或肥粒铁钢加热超过临界温度A2,也称为居里温度771 °C(1044K或1420 °F),[3],其原子因热的随机运动已超过3d轨域未成对自旋电子的磁矩[4],A2是图1相图中β铁的温度下界,β铁在晶体学上α铁完全相同,只有磁畴及和温度有关的延伸立方晶系晶格参数不同,因此在热处理上的重要性不大。因为这个原因,β相半多不会视为一个独立的相,会视为是α铁在高温下的情形,而the A2温度的重要性也比A1(共晶温度)、A3、Acm临界温度要低。Acm是奥氏体和碳化三铁+γ-Fe平衡的状态,已超过图1的右边界。在技术上来说,α相 + γ相的区域在超过A2之后即为β相 + γ相。β铁的命名维持用希腊字母为铁及钢的相命名的习惯:肥粒铁(α-Fe)、β铁(β-Fe)、奥氏体(γ-Fe)、高温的δ铁(δ-Fe)及高压下的ε铁(ε-Fe)。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2f/Beta_iron_carbon_pd.TIF/lossy-page1-640px-Beta_iron_carbon_pd.TIF.jpg)
A2临界温度和感应加热
β铁和A2临界温度对钢的感应加热相当重要,如表面硬化的热处理。钢一般会在900–1000 °C奥氏体化,然后再进行淬火及回火。感应加热是利用高频的交流磁场,在居里温度以下的二个效应来加热钢:涡电流的电阻加热或焦耳(I2R)加热,以及铁磁性材料的磁滞损失。在A2温度以上,磁滞现象消失,而相同温度上升需要的能量比A2温度以下要高很多。需要用对应的电路,调整电感电源的阻抗来补偿上述的变化[5]。
地质学中的β铁
乌普萨拉大学的Saxena Dubrovinsky等人观察一个高温高压铁碳晶相下的X射线衍射(XRD),认为是β铁[6]。 A foil of 99.9%纯肥粒铁的薄片用金刚石砧压缩,压力在35–40 GPa,以形成标准的高压相,六方最密堆积的ε铁。将ε-Fe用雷射加热到1500 K,用X射线衍射扫描,淬火后再扫描,出现了四层六方最密堆积超晶格的β[7],认为可能是地球铁质地心的可能状态。不过后续的研究无法产生β铁或是其他的正交晶系,因此上述实验认为可能是亚稳态或是错误的结果[8]。
参考资料
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