Tekst źródłowy strony Ferryt

{{Inne znaczenia|roztworu stałego węgla w żelazie|[[ferryty]] – ceramiczne materiały magnetyczne}}
[[Plik:Fe-C-feryt(pl).svg|thumb|350px|Rys. 1. Zakres istnienia ferrytu w układzie Fe-Fe<sub>3</sub>C<br /><span style="color:#006633; background-color:#006633;">__</span> Zakres występowania ferrytu α jako jedynej fazy<br /><span style="color:#00FF00; background-color:#00FF00;">__</span> Zakres występowania ferrytu α wraz z innymi fazami, np. jako składnika [[Eutektoid|mieszaniny eutektoidalnej]]<br /><span style="color:#19A56F; background-color:#19A56F;">__</span> Zakres występowania ferrytu δ jako jedynej fazy<br /><span style="color:#7FFFD4; background-color:#7FFFD4;">__</span> Zakres występowania ferrytu δ z cieczą bądź jako składnika [[Perytektyka|mieszaniny perytektycznej]]]]
[[Plik:IronAlfa.svg|thumb|150px|Rys. 2. Sieć krystaliczna ferrytu]]
'''Ferryt''' – składnik [[Faza termodynamiczna|fazowy]] i strukturalny [[Stop żelaza z węglem|stopów żelazo-węgiel]]<ref name=ferryt2 />, [[roztwór stały]] jednego lub więcej pierwiastków w [[Odmiany alotropowe żelaza#Żelazo α|żelazie α]] lub [[Odmiany alotropowe żelaza#Żelazo δ|żelazie δ]]<ref name=ferryt1 />.

== Ogólne informacje ==
Początkowo ferryt był definiowany jako międzywęzłowy roztwór stały węgla w żelazie α. Obecnie obowiązująca norma rozszerzyła pojmowanie tego pojęcia o wszystkie rozpuszczone w nim pierwiastki<ref name=ferryt2 /><ref name=ferryt1 />. Występuje w [[Układ regularny|strukturze regularnej przestrzennie centrowanej]] (A2; rys. 2). Charakteryzuje się niską zawartością [[Węgiel (pierwiastek)|węgla]]: w temperaturze pokojowej maksymalnie 0,008%, a w temperaturze 727 °C rozpuszczalność wynosi 0,0218%<ref name=Jasinski />. W przypadku przekroczenia granicznej rozpuszczalności węgla w ferrycie (np. podczas chłodzenia stopu o większej, niż 0,008%, zawartości C) tworzą się [[Węglik żelaza|węgliki żelaza]], głównie [[cementyt]] (Fe<sub>3</sub>C). Mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu nosi nazwę [[Perlit (metalurgia)|perlitu]]<ref name=ferryt2 />.
Ferryt jest miękką i ciągliwą strukturą<ref name=Kosieradzki />. Jest [[ferromagnetyk]]iem do [[temperatura Curie|temperatury Curie]] wynoszącej 768 °C, w której przechodzi w odmianę [[paramagnetyzm|paramagnetyczną]] (historycznie [[Odmiany alotropowe żelaza#Żelazo β|Fe<sub>β</sub>]])<ref name=ferryt1 />. W niektórych opracowaniach literaturowych ferryt zaczyna się pojawiać jako faza innych stopów, niż tylko Fe-C.

== Właściwości mechaniczne ==
* Twardość w [[Skala twardości Brinella|skali Brinella]]: 50–70 HB
* [[Wytrzymałość na rozciąganie]]: R<sub>m</sub> = 300 MPa
* Granica [[sprężystość|sprężystości]]: R<sub>e</sub>(R<sub>0,2</sub>) = 150 MPa
* Wydłużenie A<sub>10</sub>: ok. 40%<ref name=Kosieradzki />

== Przemiana austenitu w ferryt ==
Wydzielanie się ferrytu z austenitu wymaga równoczesnego przebiegu zmiany typu sieci krystalicznej oraz odpowiedniej zmiany składu chemicznego. Zmiana sieci może odbywać się dzięki aktywowanemu cieplnie ruchowi atomów żelaza na odległości porównywalne z parametrem sieci krystalicznej. We wszystkich układach oprócz jednoskładnikowego potrzebny jest jeszcze drugi mechanizm. W takich przypadkach oprócz przebudowy sieci musi zaistnieć aktywowany cieplnie ruch atomów [[Domieszka|domieszki]] na odległości wielokrotnie większe od parametru sieci. Wzrost ferrytu jest kontrolowany szybkością dyfuzji węgla w austenicie i ruchliwością powierzchni międzyfazowej<ref name=ferryt8 />.

Produktami przemiany austenitu w ferryt mogą być:
* ferryt ziarnisty (allotriomorficzny)
* ferryt płytkowy (idiomorficzny)
* ferryt bainityczny ([[bainit]])
* ferryt iglasty
* [[martenzyt]]<ref name=ferryt5 /><ref name=ferryt7 />.

=== Ferryt ziarnisty (allotriomorficzny) ===
Ferryt ziarnisty określany jest różnymi nazwami (np. allotriomorficzny, podeutektoidalny, wielokątny itp.). Jest pierwszą [[Faza termodynamiczna|fazą]], która powstaje z chłodzonego austenitu. Określenie allotriomorficzny oznacza, że faza krystalizuje wewnątrz danej struktury. Zarodkuje i wzrasta niezależnie na [[Granica ziarna|granicach ziaren]] [[austenit]]u<ref name=ferryt7 />. W układzie podwójnym Fe-C wzrost ferrytu allotriomorficznego jest kontrolowany tylko poprzez [[Dyfuzja|dyfuzję]] węgla z austenitu do granicy międzyfazowej<ref name=ferryt5 />.

=== Ferryt płytkowy (idiomorficzny) ===
{{osobny artykuł|Figury Widmanstättena}}
Ferryt płytkowy określany jest różnymi nazwami (np. idiomorficzny, Widmanstättena). Określenie idiomorficzny oznacza, że faza zarodkuje heterogenicznie bez kontaktu z granicą ziaren<ref name=ferryt7 /><ref name=ferryt5 />. Płytki ferrytu Widmanstättena wyrastać mogą z powstałego na granicach ziaren ferrytu allotriomorficznego lub [[Nukleacja|zarodkować]] i wzrastać samodzielnie w objętości ziaren. Mimo występowania zróżnicowania morfologicznego różne typy ferrytów płytkowych wykazują szereg cech wspólnych. Płytki wyrastają z ferrytu ziarnistego równolegle do ograniczonej liczby [[Płaszczyzna habitus|płaszczyzn habitus]] osnowy. Wzrost boczny jest bardzo wolny. Maksymalna prędkość wzrostu płytek ferrytu można oszacować poniższym wzorem:
:: <math>R_{max} = \frac{D \Delta c_0}{4(c_\gamma - c_\alpha)kr^\text{*}}</math>

:: <math>R_{max} \propto \Delta T^2</math>

gdzie:
: <math>D</math> – współczynnik dyfuzji [m²/s]
: <math>\Delta c_0</math> – średnie stężenie węgla w austenicie [%]
: <math>(c_\gamma - c_\alpha)</math> – różnica stężeń węgla w austenicie i ferrycie [%]
: <math>k</math> – [[Proporcjonalność prosta|stała proporcjonalności]] bliska jedności
: <math>r^\text{*}</math> – krytyczny promień krzywizny [m]
: <math>\Delta T</math> – przechłodzenie [K]

Ferryt płytkowy w przeciwieństwie do ziarnistego rośnie ze stałą prędkością, aż do momentu zderzenia się z inną płytką lub granicą ziarna austenitu. Płytki powstające przy większych przechłodzeniach rosną coraz to szybciej w kierunku krawędziowym, ograniczając jednak wzrost boczny. Wzrost przechłodzenia powoduje powstanie struktury o cieńszych płytkach.
Wzrost ferrytu Widmanstättena jest bardzo podobny do [[Wzrost dendrytyczny|wzrostu dendrytycznego]]. Jedyną wyraźną różnicą jest brak odgałęzień bocznych w przypadku płytek ferrytu<ref name=ferryt3 />.

W stalach przegrzanych ferryt może zarodkować jako struktura Widmanstättena. Powstaje ona przy chłodzeniu austenitu stali podeutektoidalnej od wysokich temperatur w zakresie pomiędzy Ar<sub>3</sub> i Ar<sub>1s</sub>. Ferryt krystalizuje wewnątrz ziarn austenitu wzdłuż uprzywilejowanych kierunków krystalograficznych. Stale o takiej strukturze charakteryzują się dużą [[Kruchość|kruchością]]<ref name=ferryt4 />.

=== Ferryt bainityczny ===
{{osobny artykuł|Bainit}}
Formowanie się ferrytu bainitycznego jest spowodowane wzrostem koncentracji węgla w [[Austenit|austenicie szczątkowym]]. Zakłada się brak zmiany ilości węgla w poszczególnych ziarnach bainitu. W rzeczywistości węgiel po przemianie bardzo szybko dyfunduje do austenitu. Z tego powodu tworzą się dwie odmiany morfologiczne bainitu:
* górny – ziarna ferrytu bainitycznego przesycone są węglem, a w ich wnętrzu znajdują się nieregularne wydzielenia cementytu
* dolny – ziarna ferrytu bainitycznego przesycone są węglem, a w ich wnętrzu znajdują się drobnodyspersyjne wydzielenia węglików<ref name=ferryt5 /><ref name=ferryt6 />.

=== Ferryt iglasty ===
Ferryt iglasty jest mikrostrukturą ferrytu charakteryzującą się ziarnami o kształcie igieł. W objętości ich kształt określa się jako soczewkowaty. Wykazuje bardzo dobrą kombinację [[Wytrzymałość materiałów|własności wytrzymałościowych]] i [[Plastyczność|plastycznych]]. Spowodowane jest to wysoką gęstością dyslokacji spiętrzonych w ziarnach. Ferryt iglasty wykazuje wiele podobieństw względem ferrytu bainitycznego.
Ferryt iglasty zarodkuje we wnętrzu ziaren austenitu. Nowo powstałe igły są przypadkowo zorientowane względem siebie. Zapewnia to wysoką [[odporność na pękanie]]. Wtrącenia niemetaliczne są uprzywilejowanym miejscami jego zarodkowania. Bardzo często ferryt iglasty określa się jako drobnokrystaliczną odmianę ferrytu Widmanstättena zarodkującą na [[Tlenki|tlenkach]], [[Siarczki|siarczkach]] i [[Krzemki|krzemkach]]<ref name=ferryt5 />.

Ferryt iglasty spotykany jest głównie w spoinach. W przypadku, gdy stężenie węgla w stali wzrośnie do odpowiednio wysokiego poziomu to mikrostruktura może zmienić się w tzw. dolny ferryt iglasty. Jego istnienie potwierdzono eksperymentalnie dla spawania wysokowęglowego i laserowego. Skłoniło to do przemyśleń na temat teorii twierdzącej, że ferryt iglasty jest prostą odmianą międzykrystalicznego bainitu<ref name=ferryt10 />.

=== Martenzyt ===
{{osobny artykuł|Martenzyt}}
Martenzyt jest produktem bezdyfuzyjnej przemiany fazowej. W przypadku stali definiuje się jako przesycony roztwór węgla w żelazie α. Charakteryzuje się wysoką [[Twardość|twardością]], ale niską odpornością na pękanie<ref name=ferryt5 />.

== Pierwiastki ferrytotwórcze ==
Pierwiastkami ferrytotwórczymi są przede wszystkim:
* [[krzem]]
* [[fosfor]]
* [[glin]]
* [[chrom]]
* [[molibden]]
* [[wolfram]]
* [[wanad]]
* [[Tytan (pierwiastek)|tytan]].

Ograniczają one zakres występowania austenitu. Przy odpowiednio wysokim stężeniu następuje zamknięcie pola austenitu i pojawia się struktura ferrytu od temperatury otoczenia, aż nawet do temperatury [[Solidus (chemia)|solidus]]<ref name=ferryt9 />.

== Zobacz też ==
* [[odmiany alotropowe żelaza]]
* [[Alois von Widmanstätten]]

== Przypisy ==
{{Przypisy|
<ref name=Jasinski>{{cytuj książkę|autor=Walenty Jasiński|tytuł=Wykłady z materiałoznawstwa|url=http://web.archive.org/web/20070731063435/http://www.jaswal.ps.pl/07_Stopy_zelaza_z_weglem.pdf|data=2003|strony=56–58|rozdział=Stopy żelaza z węglem}}</ref>
<ref name=Kosieradzki>[[Paweł Kosieradzki]]: ''Mały poradnik mechanika'', s. 450.</ref>
<ref name=ferryt1>Norma PN-EN 10052:1999. ''Słownik terminów obróbki cieplnej stopów żelaza''. 1999-09-24.</ref>
<ref name=ferryt2>{{Cytuj książkę |autor = Pacyna J. |tytuł = Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia |url = https://archive.org/details/metaloznawstwowy00pacy |wydawca = UWND AGH| rok = 2005 |miejsce = Kraków |isbn =8389388936 |strony = [https://archive.org/details/metaloznawstwowy00pacy/page/n81 162]–163}}</ref>
<ref name=ferryt3>{{Cytuj książkę |autor = Kędzierski Zbigniew |tytuł = Przemiany fazowe w układach skondensowanych |wydawca = UWND AGH| rok = 2003 |miejsce = Kraków |isbn = 83-88408-75-5 |strony=172–176}}</ref>
<ref name=ferryt4>{{Cytuj książkę |autor = Pacyna J. |tytuł = Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia |url = https://archive.org/details/metaloznawstwowy00pacy |wydawca = UWND AGH| rok = 2005 |miejsce = Kraków |isbn =8389388936 |strony = [https://archive.org/details/metaloznawstwowy00pacy/page/n88 177]}}</ref>
<ref name=ferryt5>{{Cytuj książkę |autor = Babu S.S |tytuł = Acicular ferrite and bainite in Fe-Cr-C weld deposits |wydawca = University of Cambridge |rok = 1991 |miejsce = Cambridge |strony = 4–5}}</ref>
<ref name=ferryt6>{{Cytuj książkę |autor = Pacyna J. |tytuł = Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia |url = https://archive.org/details/metaloznawstwowy00pacy |wydawca = UWND AGH| rok = 2005 |miejsce = Kraków |isbn = 8389388936 |strony = [https://archive.org/details/metaloznawstwowy00pacy/page/n89 179]}}</ref>
<ref name=ferryt7>{{cytuj pismo |autor = Bhadeshia H.K.D.H |tytuł = Diffusional formation of ferrite in iron and its alloys |czasopismo = Progress in Materials Science| data = 1985-07-15 |wolumin = 29 |wydanie = 1 |strony = 321–386}}</ref>
<ref name=ferryt8>{{Cytuj książkę |autor = Kędzierski Zbigniew |tytuł = Przemiany fazowe w układach skondensowanych |wydawca = UWND AGH| rok = 2003 |miejsce = Kraków |isbn = 83-88408-75-5 |strony=166–167}}</ref>
<ref name=ferryt9>{{Cytuj książkę |autor = Pacyna J. |tytuł = Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia |url = https://archive.org/details/metaloznawstwowy00pacy |wydawca = UWND AGH| rok = 2005 |miejsce = Kraków |isbn =8389388936 |strony = [https://archive.org/details/metaloznawstwowy00pacy/page/n102 205]}}</ref>
<ref name=ferryt10>{{Cytuj książkę |autor = H.K.D.H. Bhadeshia |tytuł = Bainite in Steels - 2nd Edition |url = https://archive.org/details/bainitesteels00bhad |wydawca = Institute of Materials, Minerals and Mining| rok = 2001 |miejsce = Cambridge |isbn = 1-86125-112-2 |strony= [https://archive.org/details/bainitesteels00bhad/page/265 265]–268}}</ref>
}}

{{Stopy żelazo-węgiel}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Metaloznawstwo]]
[[Kategoria:Przemiany fazowe]]
[[Kategoria:Żelazo]]