Β铁

β铁是一種已過時的名詞，以前用來稱呼鋼鐵的一種顯微組織，後來發現其實就是溫度超過臨界溫度A2，由鐵磁性變為順磁性的肥粒鐵[1][2]。

钢、铁、以及其他铁合金
铁碳合金中的相与显微组织
铁碳合金中的相
铁碳合金中的显微组织
平衡态组织
  • 波來鐵（88%肥粒鐵，12%雪明碳鐵）
  • 莱氏体（波來鐵及渗碳体的共晶混合物，含碳量4.3%）
非平衡态组织
钢（按成分分类）
碳鋼（含碳量≤2.11%）
合金鋼（含有碳以外的元素）
  • 高合金钢（合金元素含量>10%）
  • 中合金钢（合金元素含量5~10%）
  • 低合金钢（合金元素含量≤5%）
钢（按应用分类）
结构钢
  • 碳素结构钢
  • 低合金高强度（HSLA）钢
  • 贝氏体结构钢
  • 马氏体结构钢
  • 双相（DP）钢
机械零件钢
工模具钢
特殊环境用钢
其他含鐵材料
铸铁（含碳量>2.11%）
锻铁（熟铁、工业纯铁，含碳量≤0.04%）

低碳鋼、中碳鋼及大部份鑄鐵在室溫下的主要相都是肥粒鐵（α鐵），當鐵或肥粒鐵钢加熱超過臨界溫度A2，也稱為居里溫度771 °C（1044K或1420 °F），[3]，其原子因熱的隨機運動已超過3d軌域未成對自旋電子的磁矩[4]，A2是圖1相圖中β铁的溫度下界，β铁在晶体学上α鐵完全相同，只有磁疇及和溫度有關的延伸立方晶系晶格參數不同，因此在熱處理上的重要性不大。因為這個原因，β相半多不會視為一個獨立的相，會視為是α鐵在高溫下的情形，而the A2溫度的重要性也比A1（共晶溫度）、A3、Acm臨界溫度要低。Acm是奥氏体和碳化三鐵+γ-Fe平衡的狀態，已超過圖1的右邊界。在技術上來說，α相 + γ相的區域在超過A2之後即為β相 + γ相。β鐵的命名維持用希臘字母為鐵及鋼的相命名的習慣：肥粒鐵（α-Fe）、β铁（β-Fe）、奥氏体（γ-Fe）、高溫的δ鐵（δ-Fe）及高壓下的ε鐵（ε-Fe）。

圖1：鐵碳相圖中，β鐵及A2臨界溫度位在靠近鐵的一側[3]

A2臨界溫度和感應加熱

β铁和A2臨界溫度對鋼的感應加熱相當重要，如表面硬化的熱處理。鋼一般會在900–1000 °C奥氏体化，然後再進行淬火及回火。感應加熱是利用高頻的交流磁場，在居里溫度以下的二個效應來加熱鋼：渦電流的電阻加熱或焦耳（I2R）加熱，以及鐵磁性材料的磁滯損失。在A2溫度以上，磁滯現象消失，而相同溫度上昇需要的能量比A2溫度以下要高很多。需要用對應的電路，調整電感電源的阻抗來補償上述的變化[5]。

地質學中的β铁

乌普萨拉大学的Saxena Dubrovinsky等人觀察一個高溫高壓鐵碳晶相下的X射線衍射（XRD），認為是β鉄[6]。 A foil of 99.9%純肥粒鐵的薄片用金剛石砧壓縮，壓力在35–40 GPa，以形成標準的高壓相，六方最密堆積的ε鐵。將ε-Fe用雷射加熱到1500 K，用X射線衍射掃描，淬火後再掃描，出現了四層六方最密堆積超晶格的β[7]，認為可能是地球鐵質地心的可能狀態。不過後續的研究無法產生β铁或是其他的正交晶系，因此上述實驗認為可能是亞穩態或是錯誤的結果[8]。

參考資料
  1. D. K. Bullens et al., Steel and Its Heat Treatment, Vol. I, Fourth Ed., J. Wiley & Sons Inc., 1938, p. 86.
  2. S. H. Avner, Introduction to Physical Metallurgy, 2nd Ed., McGraw-Hill, 1974, p. 225.
  3. ASM Handbook, Vol. 3: Alloy Phase Diagrams, ASM International, 1992, p. 2.210 and 4.9, ISBN 0-87170-381-5.
  4. B. D. Cullity & C. D. Graham, Introduction to Magnetic Materials, Second Ed., IEEE Inc., 2009, p. 91, ISBN 978-0-471-47741-9.
  5. S. L. Semiatin and D. E. Stutz, Induction Heat Treatment of Steel, ASM International, 1986, p. 95-98, ISBN 0-87170-211-8.
  6. S. K. Saxena, L. S. Dubrovinsky, P. Haggkvist, Y. Cerenius, G. Shen & H. K. Mao, "Synchrotron X-ray Study of Iron at High Pressure and Temperature", Science, Vol. 269, 22 Sep 1995, p. 1703-4.
  7. Powder Diffraction File 00-050-1275, International Centre for Diffraction Data, 1998.
  8. Y. Ma, M. Somayazulu, G. Shen, H. Maob, J. Shub & R. J. Hemley, "In situ X-ray diffraction studies of iron to Earth-core conditions", Physics of the Earth and Planetary Interiors, Vol. 143–144 (2004) p. 455–467.
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