آهن عنصری چندشکلی است. بدین معنی که در فشار یک اتمسفر با افزایش دما ، شبکه بلوری آن تغییر میکند. گستره های حرارتی مربوط به پایداری شبکه های بلوری مختلف آهن بر روی محور عمودی در سمت چپ نمودار تعادلی آهن- کربن نشان داده شده است. ملاحظه میشود که ، آهن آلفا یا آهن فرتی از صفر مطلق تا ۹۱۲ درجه سانتیگراد ( ۱۶۷۴ درجه فارنهایت ، آهن گاما یا آهن آستنیتی در دماهایی بین ۹۱۲ -۱۳۹۴ درجه سانتیگراد (۱۶۷۲-۲۵۴۱ درجه فارنهایت) و آهن دلتا از ۱۳۹۴ درجه سانتیگراد (۲۵۴۱ درجه فارنهایت ) تا نقطه ذوب آهن خالص یا ۱۵۳۸ درجه سانتیگراد (۲۸۰۰ درجه فارنهایت)، پایدار است.
آهن آلفا α
آهن آلفا یا آن فریتی جزء سیستم مکعبی بوده و شبکه بلوری آن مکعب مرکز دار ( bcc) است. بدین صورت که تمام اضلاع آن مساوی بوده ( به طول a) و بر همدیگر عمودند. در هر واحد شبکه، دو اتم وجود دارد که عبارتند از اتم مرکزی با مختصات (a/2 ,a/2,a/2 ) و اتم های موجود در رئوس، با مختصات ( ۰، ۰،۰ ) اتم اخیر ک در نقطه شروع واحد شبکه است. نماینده تمام اتمهای موجود در گوشه های مکعب است که با همدیگر مشابه بوده و هر کدام بین ۸ واحد شبکه که در راس مشترک اند ، مشترک است. بنابراین ، جمع کل اتم های واحد شبکه برابر با یک اتم در مرکز مکعب به علاوه ۱/۸ از ۸ اتم موجود در گوشه هاست که برابر ۲ اتم میشود.
پارامتر شبکه آهن آلفا در دمای اتاق ۲.۸۶ انگستروم (۰.۲۸۶ mm) است. قطر های اصلی واحد شبکه bcc در جهات ۱۱۱ است که همان جهات با چگالی زیادند.اتم مرکزی دارای ۸ اتم همسایه با نزدیکترین فاصله از آن است. فاصله مراکز اتمهای یاد شده از مرکز اتم مرکزی برابر با نصف قطر اصلی یا است.
آهن گاما
واحد شبکه بلوری آهن گاما یا آهن آستنیتی در شکل زیر نشان داده شده است. آهن گاما نیز متلق به سیستم بلوری مکعبی است ولی دارای شبکه بلوری مکعب با سطوح مرکزدار (fcc) است. جمعا ۴ اتم در واحد شبکه آهن گاما وجود دارد که دارای مختصات زیر هستند : (۰،۰،۰) و (۰ ، a/2 ,a/2 )، ( a/2, a/2, 0) و (a/2, 0,a/2 ) و این معادل با یک اتم در هرگوشه و یک اتم در مرکز هر صفحه جانبی است. هر اتم بر روی صفحه جانبی ، بین دو واحد شبکه و هر اتم در گوشه ها ، بین ۸ واحد شبکه مشترک است. بنابراین از ۶ اتم موجود در صفحات جانبی فقط ۳ اتم و از ۸ اتم موجود در گوشه ها ، فقط یک اتم به هر واحد شبکه تعلق دارد که جمعا ۴ اتم در هر واحد شبکه وجود خواهد داشت.
پارامتر شبکه آهن گاما برابر با ۳.۵۶ آنگستروم ( ۰.۳۵۶ mm ) بوده و بنابراین بزرگتر از پارامتر شبکه آهن آلفا است. لیکن، ساختار بلوری با چگالی زیاد وجود ۴ اتم در واحد شبکه آهن گاما باعث شده است که چگالی آن از چگالی آهن آلفا بیشتر شود. به بیان دیگر فضای خالی بین اتمها در شبکه بلوری آهن آلفا نسبت به آهن گاما بیشتر است. در حقیقت، تفاوت بین ضریب تراکم دو شبکه آلفا و گاما باعث میشود که تبدیل آهن گاما به آهن آلفا همراه با افزایش حجم باشد.
درشبکه بلوری fcc جهات با چگالی زیاد، منطبق بر قطرهای صفحات جانبی یا جهات ۱۱۰ اند . در اینجا ۱۲ اتم در همسایگی همدیگر به نحوی قراردارند که فاصله مراکز اتمهای همسایه از یکدیگر برابر است .
آهن دلتا
آخرین فازی که ممکن است در آهن خالص وجود داشته باشد، آهن دلتا با شبکه bcc بوده و از نظر بلور شناسی مشابه آهن آلفا است. افزایش حجم ناشی از تبدیل آهن گاما به آهن دلتا درست برابر افزایش حجم ناش از تبدیل آهن گاما به اهن آلفا است. آهن دلتا فقط در دماهای نزدیک نقطه ذوب آهن تشکیل میشود.
نکته دیگری که در رابطه با آهن خالص باید بدان اشاره شود، خاصیت آهنربایی آن است.آهن تا ۷۷۰ درجه درجه سانتیگراد خاصیت آهنربایی دارد و از این دما بالاتر خاصیت آهنربایی خود را از دست میدهد. دمای یاد شده به دمای کوری موسوم است. اهن با شبکه بلوری bcc که خاصیت آهنربایی ندارد ( در بین دماهای ۷۷۰ – ۹۱۲ درجه سانتی گراد به آهن بتا (β) موسوم است. بنابراین به صورت خلاصه، آهن آلفا خاصیت آهنربایی داشته در حالی که آهنهای بتا و گاما خاصیت آهنربایی ندارند.
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.