Железо кажется нам чем-то простым, без изысков. Болт, рельс, чугунная сковорода. Но на самом деле железо может быть очень разным, с богатым внутренним миром. Его кристаллическая решётка кардинально меняется с изменением температуры. И от этих превращений зависят все его свойства, включая одно из самых известных – магнетизм.
Рассмотрим комнатную температуру. Тогда железо представлено альфа-фазой (α-Fe). Оно обладает объёмно-центрированной кубической решёткой и, что важно, ферромагнитно. То есть оно сильно намагничивается, его любят магниты. Это «магнитная» ипостась железа.
Но стоит нагреть его выше 768 °C (точка Кюри), и происходит первое удивительное изменение: альфа-железо теряет свои магнитные свойства. Теперь магниту до него нет дела. При этом кристаллическая решётка пока не меняется. Это всё ещё альфа-фаза, но уже немагнитная.
Ползем дальше вверх по температуре. При достижении 912 °C наступает более серьёзная трансформация. Решётка перестраивается в гранецентрированную кубическую. Это уже гамма-железо (γ-Fe).
Оно тоже немагнитное, более пластичное и обладает ключевым свойством: в нём хорошо растворяется углерод. Именно эта его «гостеприимность» лежит в основе цементации и многих других процессов термообработки стали. Эта фаза важна для закалки.
Если нагреть металл ещё выше, до 1394 °C, гамма-железо снова меняет облик, возвращаясь назад к объёмно-центрированной решётке. Это дельта-железо (δ-Fe). По структуре оно близко к альфа-фазе, но существует только при запредельных температурах, прямо перед тем, как железо окончательно станет жидким.
Вся современная чёрная металлургия стоит на том, что мы поняли и научились управлять разными ликами железа.