Железо и углерод — это вещества, претерпевающие полиморфные превращения. Железо - металл серебристого цвета; атомный номер 26; атомная масса 55,85 углеродных единиц; атомный радиус 0,127 нм. Плотность железа 7874 кг/м³. Температура плавления 1539 °С.
Железо в твердом состоянии может находиться в двух модификациях: железо-α (Fe_α), решетка ОЦК с периодом а, равным 0,286 нм, и железо-γ (Fe_γ), решетка ГЦК с периодом а = 0,364 нм. Fe_α существует при температурах до 910 °С и от 1392 °С до 1539 °С. Fe_α является магнитным (ферромагнитным) металлом до температуры 768 °С - точки Кюри, при которой он переходит в парамагнитное состояние.
Железо с решеткой ОЦК, существующее при температурах свыше 1392 °С, обозначают железо-δ (Fe_δ). Fe_γ существует
в интервале температур 910... 139 °С и обладает парамагнитными свойствами.
Превращения, претерпеваемые железом при нагреве, приведены на рис. 4.1.
Температуры превращений железа (и сплавов па его основе) - критические точки - обозначают буквой А с индексами: с при нагреве - Ас и r при охлаждении - Аг с соответствующими номерами (рис. 4.2).
Железо образует со многими элементами химические соединения (например, с углеродом — карбиды, азотом — нитриды, серой — сульфиды и др.). Железо образует также
твердые растворы: замещения с металлами и внедрения с неметаллами (углерод, азот, водород).