Burdin alotropoak

Lurraren gainazaleko presio atmosferiko normaletan, tenperaturaren arabera, burdinaren hiru forma alotropiko edo (burdin) alotropo daude (batzuetan egitura-faseak ere deituak): alfa burdina (α-Fe, ferrita), gamma burdina (γ-Fe, austenita) eta delta burdina (δ-Fe). Presio oso handitan, laugarren (burdin) alotropo bat ere badago, epsilon burdina (ε-Fe, hexaferrum) izenez ezagutua. Gainera, ebidentzia esperimental polemiko batzuen arabera presio handitan badago bosgarren (burdin) alotropo bat ere, oso presio eta tenperatura altuetan egonkorra omen dena.

Burdinaren forma alotropikoak presio atmosferiko arruntetan garrantzitsuak dira, karbonoaren disolbagarritasunak haietan ezberdinak izanda, altzairu mota ezberdinak eratzen dutelako. Presio handietako burdinaren alotropoak, aldiz, planeta-nukleoen zati solidoen ereduen ikerketan garrantzizkoak izateagatik. Lurraren barne nukleoa, funtsean, ε egitura duen burdina-nikelezko aleazio kristalino batez osatuta  dagoela onartzen da.  Barne nukleo solidoa inguratzen duen nukleoren kanpoko geruza nikelarekin nahastatutako burdina likidoz eta beste elementu arinagoen arrastoz osatuta dagoela uste da.

Presio estandarreko alotropoak

Alfa burdina (α-Fe)

Tenperatura 912 °C baino txikiagoa bada, burdinak gorputzean zentratutako kristal egitura kubikoa (GZK/BCC) du, eta α-burdina edo ferrita izenez ezagutzen da. Termodinamikoki egonkorra eta nahiko metal biguna da. α-Fe-k gutxi gorabehera 15 GPa-rainoko presioak jasan ditzake, ε-Fe izeneko presio altuko formara eraldatu aurretik.

Magnetikoki, α-burdina paramagnetikoa da tenperatura altuetan. Hala ere, 771 °C-ko  bere Curie tenperaturaren azpitik (TC edo A2)  ferromagnetikoa bihurtzen da. Iraganean, α-burdinaren forma paramagnetikoa beta burdina (β-Fe) izenez ezagutzen zen.Bullens, Denison Kingsley, Steel and its Heat Treatment, Vol. I, Fourth Ed., J. Wiley & Sons Inc., 1938, p. 86 Nahiz eta egoera ferromagnetikora igarotzean jazotzen den distortsio tetragonal txikia benetako forma-trantsizioa izan, bere etengabeko izaeragatik garrantzi txikia du altzairuaren tratamendu termikoetan. Fase-diagramako (2. irudiko) A2 lerroa da beta burdinaren eta alfa burdinaren eremuen arteko muga.

A2 mugak garrantzi txikia du  tenperatura kritikoei dagozkien A1 (nahaste eutektoideari lotuta dagoena), A3 eta Acm mugen aldean. Acm mugan austenita zementita + γ-Fe-rekin orekan dago eta 5. irudiko eskuineko ertzetik haratago dago. β + γ alotropoen eremua 2. irudian A2 mugaren gainean α + γ izendatuta dagoen eremua da. Beta izendapenekin letra grekoen progresioa eta burdinaren eta altzairuen egoera alotropikoena urrenez urren alboratzen dira: α-Fe , β-Fe, austenita (γ-Fe), tenperatura altutako δ-Fe eta presio handitako hexaferruma (ε-Fe).


Giro-tenperaturan karbono gutxiko altzairu eta burdinurtu gehienen egitura-fase nagusia α-Fe ferromagnetikoa da. Bere gogortasuna gutxi gorabehera 80 Brinell-ekoa da.. Karbonoaren disolbagarritasun maximoa masaren % 0,02-ren ingurukoa da 727 ºC-tan eta % 0,001-ren ingurukoa 0 ºC-tan. Karbonoa burdinan disolbatzen denean bere atomoak "zulo" interstizialetan kokatzen dira eta, haien diametroa zuloena ia bikoitza izanik, tokiko tentsio-eremu indartsua sortzen dute.

Karbono urriko altzairuak (karbonoaren masa  altzaiuaren %0,2-ra arte duten karbono-altzairuak) batez ere α-Fe eta karbonoaren edukiaz handitzen doazen zementitaren (Fe3C, burdin karburoa) kantitatez osatuta daude. Hozteen arabera giro-tenperaturan burdina eta karbonozko aleazioetan ferritaz eta zementitaz osatutako perlita eta/edo bainita izeneko lamina-mikroegiturak agertzen dira eta biek α-Fe dutenez osagai gisa, burdina eta karbonozko edozein aleaziok α-Fe-ren kopururen bat edukiko du giro-tenperaturan orekara iristen uzten bazaio. α-Fe-ren kopurua hozte-prozesuaren araberakoa da.

A2 tenperatura kritikoa eta indukzio bidezlo berokuntza

Gamma burdina (γ-Fe)

Burdina 912 °C-tik gora berotzean, bere kristal-egitura aurpegietan zentratutako sistema kubikoko (AZK/FCC) egitura izatera igarotzen da. Forma honi gamma burdina (γ-Fe) edo austenita deitzen zaio. γ-burdinak  α-burdinak baino dezente karbono gehiago disolba dezake (masaren % 2,04 adina 1.146 °C-tan). Karbonoz saturatutako γ forma hau giro-tenperaturan altzairu herdoilgaitz austenitikoetan agertzen da.

Delta burdina (δ-Fe)

Tenperatura 1.394 °C baino handiagoa denean burdina berriro igarotzen da  GZK/BCC egitura izatera, δ-Fe izenez ezagutzen den alotropoa eratuz. δ-burdinak karbonoaren % 0,08-rainoko masa disolba dezake 1.475 °C-tan. Egonkorra da 1.538 °C-ko bere urtze-punturaino. δ-Fe ezin da existitu 5,2 GPa-tik gora, presio handi hauetan austenita zuzenean igarotzen baita fase urtura.

Presio handiko alotropoak

Epsilon burdina / Hexaferrum (ε-Fe)

Gutxi gorabehera 10-13 GPa-tik gorako presioetan eta 700 K inguruko tenperaturan, α-burdina hexagonal sarri beteta (HSB/HCP) egiturara aldatzen da, ε-burdina edo hexaferrum izenez deitua; tenperatura altuagoko γ-burdina ere ε-burdina bihurtzen da, baina orokorrean tenperatura igo ahala presio askoz handiagoak behar ditu. Hexaferrum, ferrita eta austenitaren puntu hirukoitza 10,5 GP eta 750 K-tan dago. Mn, Os eta Ru elementuak dituzten ε-burdinaren aleaziotan antiferromagnetismoa behatu da.

Tenperatura eta presio altu esperimentala

Beste forma egonkor bat badago, gutxienez 50 GPa-ko presiotan eta 1.500 K-ko tenperaturatan ager leiteke; ortorrombikoa edo hcp egitura bikoitza duela usten zuten batzuek. 2011ko abendutik aurrera, esperimentuak egiten ari dira presio altuko eta karbono superdentsoren alotropoekin.

Erreferentziak

Ikus, gainera
 Tenplaketa

 Kanpo estekak 

Kategoria:Burdina
Kategoria:Altzairuak
Kategoria:Metalurgia