Свойства железа

Распространение Железа в природе 
По содержанию в литосфере (4,65% по массе) Железо занимает второе 
место среди металлов (на первом алюминий). Оно энергично мигрирует 
в земной коре, образуя около 300 минералов (окислы, сульфиды, 
силикаты, карбонаты, титанаты, фосфаты и т. д.). Железо принимает 
активное участие в магматических, гидротермальных и гипергенных 

---

процессах, с которыми связано образование различных типов его 
месторождений. Железо - металл земных глубин, оно накапливается на 
ранних этапах кристаллизации магмы, в ультраосновных (9,85%) и 
основных (8,56%) породах (в гранитах его всего 2,7%). В биосфере 
Железо накапливается во многих морских и континентальных осадках, 
образуя осадочные руды. 
Важную 
роль 
в 
геохимии 
Железа 
играют 
окислительно-
восстановительные реакции - переход 2-валентного Железа в 3-валентное 
и обратно. В биосфере при наличии органических веществ 
Fe
3+
восстанавливается до Fe
2+
и легко мигрирует, а при встрече с 
кислородом воздуха Fe
2+
окисляется, образуя скопления гидрооксидов 3-
валентного Железа. Широко распространенные соединения 3-валентного 
Железа имеют красный, желтый, бурый цвета. Этим определяется 
окраска многих осадочных горных пород и их наименование -
"красноцветная формация" (красные и бурые суглинки и глины, желтые 
пески и т. д.). 
Физические свойства Железа 
Значение Железа в современное технике определяется не только его 
широким распространением в природе, но и сочетанием весьма ценных 
свойств. Оно пластично, легко куется как в холодном, так и нагретом 
состоянии, поддается прокатке, штамповке и волочению. Способность 
растворять углерод и других элементы служит основой для получения 
разнообразных железных сплавов. 
Железо может существовать в виде двух кристаллических решеток: б- и 
г-объемноцентрированной кубической (ОЦК) и гранецентрированной 
кубической (ГЦК). Ниже 910°С устойчиво б-Fe с ОЦК-решеткой (а = 
2,86645Е при 20 °С). Между 910 °С и 1400°С устойчива г-модификация с 
ГЦК-решеткой (а = 3,64Е). Выше 1400°С вновь образуется ОЦК-решетка 

---

д-Fe (a = 2,94Е), устойчивая до температуры плавления (1539 °С). б-Fe 
ферромагнитно вплоть до 769 °С (точка Кюри). Модификации г-Fe и д-
Fe парамагнитны. 
Полиморфные превращения Железа и стали при нагревании и 
охлаждении открыл в 1868 году Д. К. Чернов. Углерод образует с 
Железом твердые растворы внедрения, в которых атомы С, имеющие 
небольшой атомный радиус (0,77Е), размещаются в междоузлиях 
кристаллической решетки металла, состоящей из более крупных атомов 
(атомный радиус Fe 1,26 Е). Твердый раствор углерода в г-Fe называется 
аустенитом, а в б-Fe - ферритом. Насыщенный твердый раствор углерода 
в г-Fe содержит 2,0% С по массе при 1130 °С; б-Fe растворяет всего 0,02- 
0,04% С при 723 °С, и менее 0,01% при комнатной температуре. Поэтому 
при закалке аустенита образуется мартенсит - пересыщенный твердый 
раствор углерода в б-Fe, очень твердый и хрупкий. Сочетание закалки с 
отпуском (нагревом до относительно низких температур для уменьшения 
внутренних напряжений) позволяет придать стали требуемое сочетание 
твердости и пластичности. 
Физические свойства Железа зависят от его чистоты. В промышленных 
железных материалах Железу, как правило, сопутствуют примеси 
углерода, азота, кислорода, водорода, серы, фосфора. Даже при очень 
малых концентрациях эти примеси сильно изменяют свойства металла. 
Так, сера вызывает так называемых красноломкость, фосфор (даже 10
-2
% 
Р) - хладноломкость; углерод и азот уменьшают пластичность, а водород 
увеличивает хрупкость Железа (т. н. водородная хрупкость). Снижение 
содержания примесей до 10
-7
- 10
-9
% приводит к существенным 
изменениям свойств металла, в частности к повышению пластичности. 
Ниже приводятся физические свойства Железа, относящиеся в основном 
к металлу с общим содержанием примесей менее 0,01% по массе: 

---

Атомный радиус 1,26Е 
Ионные радиусы Fe
2+
0,80Е, Fe
3+
0.67Е 
Плотность (20°C) 7 ,874 г/см
3
t
пл
1539°С 
t
кип
около 3200°С 
Температурный коэффициент линейного расширения (20°С) 11,7·10
-6
Теплопроводность (25°С) 74,04 вт/(м·K) [0,177 кал/(см·сек·град)] 
Теплоемкость Железа зависит от его структуры и сложным образом 
изменяется с температурой; средняя удельная теплоемкость (0-1000°С) 
640,57 дж/(кг·К) [0,153 кал/(г·град)]. 
Удельное электрическое сопротивление (20°С) 9,7·10
-8
ом·м 
Температурный коэффициент электрического сопротивления (0-100°С) 
6,51·10
-3
Модуль Юнга 190-210·10
3
Мн/м
2
(19-21·10
3
кгс/мм
2
) 
Температурный коэффициент модуля Юнга 4·10
-6
Модуль сдвига 84,0·10
3
Мн/м
2
Кратковременная прочность на разрыв 170-210 Мн/м
2
Относительное удлинение 45-55% 
Твердость по Бринеллю 350-450 Мн/м
2
Предел текучести 100 Мн/м
2
Ударная вязкость 300 Мн/м
2