Ferit: razlika između inačica

'''Ferit''' (prema [[Latinski jezik|lat]]. ''ferrum'': željezo) je naziv za '''alfa-željezo''', [[Alotropija|alotropsku modifikaciju]] željeza stabilnu do 911 &nbsp;°C, također strukturni sastojak tehničkoga [[željezo|željeza]] i [[čelik]]a u obliku čvrste otopine malih količina [[ugljik]]a u alfa-željezu. <ref> '''ferit'', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=19292] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2014.</ref> Ferit je naziv za intersticijsku čvrstu [[Otopine|otopinu]] ([[ugljik]] se otapa u čvrstom [[željezo|željezu]] jer su njegovi [[atom]]i puno manji) ugljika u alfa-željezu ('''α-Fe''') s volumno centriranom kubičnom [[Kristalna rešetka|kristalnom strukturom]]. Maksimalna topivost ugljika u α-Fe je 0,025 % kod 723 [[Celzijev stupanj|ºC]] i samo 0,008 % na sobnoj temperaturi. To je najmekša faza u dijagramu stanja (fazni dijagram) željezo – ugljik. Ferit je kristalna struktura koja daje [[čelik]]u [[Magnetizam|magnetska svojstva]]; to je klasičan primjer [[Feromagnetizam|feromagnetičnog]] materijala. Ferit ima [[Vlačna čvrstoća|vlačnu čvrstoću]] 280 [[Njutn|N]]/[[Četvorni metar|mm²]] i [[tvrdoća|tvrdoću]] oko 80 HB ([[tvrdoća po Brinellu]]). Istezljivost ferita je do 35%.

Kada otopimo čisto [[željezo]], a zatim ga dovoljno sporo hladimo, on se počinje skrućivati na temperaturi od 1538 º&nbsp;°C i stvara volumno centriranu kubičnu kristalnu strukturu, koju nazivamo '''delta-željezo''' (δ-Fe), sve do temperature od 1392 º&nbsp;°C. Ispod temperature od 1392 º&nbsp;°C željezo počinje mijenjati [[Kristalna rešetka|kristalnu strukturu]] u plošno centriranu kubičnu kristalnu rešetku. Željezo s takvom kristalnom rešetkom se naziva gama-željezo ili [[austenit]] (γ-Fe). Austenit je postojan sve do 911 º&nbsp;°C, kada ponovo mijenja kristalnu strukturu. Na temperaturi od 911º&nbsp;°C nastaje '''ferit''' ili α-Fe (γ-Fe). Do temperature od 768 º&nbsp;°C ili [[Curiejeva temperatura|Curiejeve temperature]] ova modifikacija željeza je nemagnetična (i nekad pogrešno nazvana beta-željezo ili β-Fe). Ispod ove temperature α-Fe postaje [[magnet]]ično. Navedena pojava vezana je uz promjenu unutrašnje energije, [[Električna vodljivost|električne vodljivosti]] itd. <ref>[http://www.simet.unizg.hr/nastava/predavanja/Fizikalna%20metalurgija%20I.pdf/view] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140704150245/http://www.simet.unizg.hr/nastava/predavanja/Fizikalna%20metalurgija%20I.pdf/view |date=4. Srpanjsrpnja 2014. }} "Fizikalna metalurgija I", dr.sc. Tanja Matković, dr.sc. Prosper Matković, www.simet.unizg.hr, 2011.</ref>

[[Čelik]] je [[legura]] [[željezo|željeza]] i ugljika, s manje od 2,06 % [[ugljik]]a, uz prisutne pratioce ([[silicij]], [[mangan]]) i nečistoće ([[fosfor]], [[sumpor]] i druge) i eventualni dodatak jednog ili više legirnih elemenata. <ref> "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.</ref>

Eutektoidni čelik je čelik s 0,8% ugljika (masenih udjela), a naziva se i [[perlit]]. Perlit se sastoji od 88% ferita i 12% [[cementit]]a (Fe₃C). [[eutektik|Eutektoidni]] čelik ili perlit ima u uvjetima polaganog hlađenja perlitnu mikrostrukturu, koja se sastoji od naizmjenično raspoređenih lamela ferita i cementita. Lamele ferita su oko sedam puta deblje od lamela cementita i mogu se vidjeti samo kod većeg povećanja optičkog [[mikroskop]]a. <ref> [http://www.ffri.uniri.hr/~zvonimir/Materijali/05Metali.pdf] "Metali", www.ffri.uniri.hr, 2011.</ref>

* na temperaturi iznad 800 º&nbsp;°C čelik ima [[austenit]]nu mikrostrukturu.

* na temperaturi malo iznad 723 º&nbsp;°C mikrostruktura čelika sastoji se od ferita s 0,025 % C i austenita eutektoidnog sastava s 0,8 % C. Ferita ima 51,6% i austenita ima 48,4%.

* na temperaturi ispod 723 º&nbsp;°C austenit eutektoidnog sastava raspada se u perlit , pa se mikrostruktura sastoji od 51,6 % ferita (proeutektoidnog) i 48,4 % perlita. Ferita ima 94,4% i cementita ima 5,6%. Na osnovi ovih podataka može se zaključiti sljedeće: 94,4 % ferita sastoji se od 51,6 % proeutektoidnog ferita i 42,8 % eutektoidnog ferita, a 48,4 % perlita sastoji se od 42,8 % eutektoidnog ferita i 5,6 % cementita (Fe₃C).

Kada se podeutektoidni čelik hladi polako ispod 911 º&nbsp;°C dolazi do precipitacije ferita na granicama austenitnog zrna. Ukoliko je hlađenje brže ili su zrna austenita veoma velika, ferit koji je [[kristal]]ografski orijentiran kao i austenit, više neće precipitirati na granicama austenitnog zrna kao ekviaksijalna zrnca, već u obliku iglica ili pločica, pa nastaje tzv. Widmanstattenova struktura ili [[Widmanstättenove figure]].

* na temperaturi iznad 840 º&nbsp;°C čelik ima austenitnu mikrostrukturu.

* na temperaturi malo iznad 723 º&nbsp;°C mikrostruktura se sastoji od austenita i sekundarnog cementita, koji se izlučuje na granicama austenitnog zrna. Austenita ima 93,2% i cementita ima 6,8%.

* na temperaturi malo ispod 723 º&nbsp;°C austenit eutektoidnog sastava raspada se u perlit, pa se mikrostruktura čelika sastoji od 93,2 % perlita i 6,8 % proeutektoidnog cementita. Ferita ima 82,3% i cementita ima 17,7%. Na osnovi toga može se zaključiti sljedeće: 93,2 % perlita sastoji se od 82,3 % ferita i 10,9 % cementita (Fe₃C), a 17,7 % cementita sastoji se od 10,9 % eutektoidnog cementita i 6,8 % proeutektoidnog cementita.

Ukoliko se [[čelik]] hladi s povećanom brzinom nedostatno je vrijeme za završetak procesa difuzije; ili ovaj proces ne započinje, zbog pada temperature na onu vrijednost kod koje je difuzija "beskonačno" spora. To se često događa u proizvodnji, gdje uslijed ubrzanog hlađenja fazni preobražaji nastupaju pri nižim temperaturama od ravnotežnih ili do njih uopće ne dolazi. Mikrostruktura takvog čelika razlikuje se od one koju daje ravnotežni dijagram stanja, tim više što je veća brzina hlađenja, a ovisi još o sastavu legure i temperaturi zaustavljanja brzog hlađenja. <ref> "Specijalni čelici", dr. sc. Stjepan Kožuh, doc., Metalurški fakultet, www.simet.unizg.hr, 2010.</ref>

S povećanjem brzine hlađenja u ovom području izdvaja se sve manje ferita. Kod brzine hlađenja od 50 º&nbsp;°C/s dolazi do spajanja dviju linija u jednu točku, jer se više ne izdvaja proeutektoidni ferit, već nastaje samo finolamelarni perlit. Struktura nastalog perlita tako je fino heterogena, da pod mikroskopom malog povećanja izgleda homogena i različita od strukture perlita. Taj strukturni sastojak čelika dobio je svojevremeno naziv sorbit, prema [[engleska|engleskom]] [[metalurgija|metalurgu]] Henry Clifton Sorbyu, koji se danas više ne upotrebljava.

Daljnjim porastom brzine hlađenja smanjuje se temperatura Ar₁. Kod brzine hlađenja od 250 º&nbsp;°C/s dolazi do nagle promjene mikrostrukture: pored perlita koji nastaje kod 600 º&nbsp;°C (Ar') pojavljuje se novi mikrostrukturni sastojak čelika [[martenzit]] kod 300 º&nbsp;°C (Ms), koji je dobio naziv prema [[njemačka|njemačkom]] metalurgu Adolfu Martensu. On nastaje kada se čelik austenitne strukture ohladi na određenu, dovoljno nisku temperaturu Ms (temperaturu početka stvaranja martenzita) brzinom hlađenja koja se naziva '''donja kritična brzina hlađenja'''. U mikrostrukturi takvog tzv. [[kaljenje|kaljenog]] čelika martenzit se javlja u obliku nakupina igličastih [[kristal]]a, koji se sijeku pod određenim kutevima.

Iznad gornje kritične brzine hlađenja (od 600 º&nbsp;°C/s) ne nastaje više perlit već se dobiva samo martenzit. Ako se čelik ohladi na temperaturu između A₁ i A₃ brzinom iznad kritične dobivaju se strukture koje pored martenzita (eventualno trostita) sadrže ferit, odnosno sekundarni cementit.