Большая Советская Энциклопедия (ЖЕ)

  Ж. может существовать в виде двух кристаллических решёток: a- и g- объёмноцентрированной кубической (ОЦК) и гранецентрированной кубической (ГЦК). Ниже 910 °С устойчиво a - Fe с ОЦК-решёткой (а = 2,86645  при 20°С). Между 910°С и 1400°С устойчива g-модификация с ГЦК-решёткой (а = 3,64 ). Выше 1400°С вновь образуется ОЦК-решётка d-Fe (а = 2,94 ), устойчивая до температуры плавления (1539°С). a - Fe ферромагнитно вплоть до 769°С (точка Кюри). Модификация g-Fe и d-Fe парамагнитны.

  Полиморфные превращения Ж. и стали при нагревании и охлаждении открыл в 1868 Д. К. Чернов. Углерод образует с Ж. твёрдые растворы внедрения, в которых атомы С, имеющие небольшой атомный радиус (0,77 ), размещаются в междоузлиях кристаллической решётки металла, состоящей из более крупных атомов (атомный радиус Fe 1,26 ). Твёрдый раствор углерода в g-Fe наз. аустенитом, а в (a-Fe— ферритом. Насыщенный твёрдый раствор углерода в g- Fe содержит 2,0% С по массе при 1130°С; a-Fe растворяет всего 0,02— 0,04%С при 723°С, и менее 0,01% при комнатной температуре. Поэтому при закалкеаустенита образуется мартенсит — пересыщенный твёрдый раствор углерода в a- Fe, очень твёрдый и хрупкий. Сочетание закалки с отпуском (нагревом до относительно низких температур для уменьшения внутренних напряжений) позволяет придать стали требуемое сочетание твёрдости и пластичности (см. Железо - углеродистые сплавы.Термическая обработка металлов).

  Физические свойства Ж. зависят от его чистоты. В промышленных железных материалах Ж., как правило, сопутствуют примеси углерода, азота, кислорода, водорода, серы, фосфора. Даже при очень малых концентрациях эти примеси сильно изменяют свойства металла. Так, сера вызывает т. н. красноломкость, фосфор (даже 10^-20% Р) — хладноломкость; углерод и азот уменьшают пластичность, а водород увеличивает хрупкость Ж. (т. н. водородная хрупкость). Снижение содержания примесей до 10^-7—

10^-9% приводит к существенным изменениям свойств металла, в частности к повышению пластичности.

  Ниже приводятся физические свойства Ж., относящиеся в основном к металлу с общим содержанием примесей менее 0,01% по массе:

  Атомный радиус 1,26

  Ионные радиусы Fe²⁺O,80 , Fe³⁺O,67

  Плотность (20^oC) 7,874 г/см³

  t_пл 1539°С

  t_kип около 3200^оС

  Температурный коэффициент линейного расширения (20°С) 11,7·10^-6

  Теплопроводность (25°С) 74,04 вт/(м·К)

  [0,177 (кал/см·сек·град)]

  Теплоёмкость Ж. зависит от его структуры и сложным образом изменяется с температурой; средняя удельная теплоёмкость (0-1000^oC) 640,57 дж/

(кг·К) [0,153 кал/ (г·град)].

  Удельное электрическое сопротивление (20°С)

  9,7·10^-8ом·м [9,7·10^-6ом·см]

  Температурный коэффициент электрического сопротивления

  (0—100°С) 6,51·10^-3

  Модуль Юнга 190—210·10³Мн/м.²

  (19-21·10³кгс/мм²)

  Температурный коэффициент модуля Юнга

  4·10^-6

  Модуль сдвига 84,0·10³Мн/м² [8,4·10³кгс/мм²]

  Кратковременная прочность на разрыв

  170-210Мн/м²[17-21кгс/мм²]

  Относительное удлинение 45—55%

  Твёрдость по Бринеллю 350—450 Мн/м²

  [35—45 кгс/мм²]

  Предел текучести 100Мн/м²[10 кгс/мм²]

  Ударная вязкость 300 Мн/м² [30 кгс/мм²]

  Конфигурация внешней электронной оболочки атома Fe 3d

⁶4s². Ж. проявляет переменную валентность (наиболее устойчивы соединения 2- и 3-валентного Ж.). С кислородом Ж. образует закись FeO, окись Fe₂O₃ и закись-окись Fe₃O₄ (соединение FeO с Fe₂O₃, имеющее структуру шпинели). Во влажном воздухе при обычной температуре Ж. покрывается рыхлой ржавчиной (Fe₂O₃·nH₂O). Вследствие своей пористости ржавчина не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и поэтому не предохраняет его от дальнейшего окисления. В результате различных видов коррозии ежегодно теряются миллионы тонн Ж. (см. Коррозия металлов). При нагревании Ж. в сухом воздухе выше 200°С оно покрывается тончайшей окисной плёнкой, которая защищает металл от коррозии при обычных температурах; это лежит в основе технического метода защиты Ж. — воронения. При нагревании в водяном паре Ж. окисляется с образованием Fe₃O₄ (ниже 570°С) или FeO (выше 570°С) и выделением водорода.