Hexaferrum y hierro épsilon (ε-Fe) son sinónimos de la fase hexagonal compacta (HCP) del hierro que es estable solo a presiones extremadamente altas.
Un estudio realizado en 1964 en la Universidad de Rochester mezcló polvo de hierro α puro al 99,8% con cloruro de sodio y presionó una bolita de 0,5 mm de diámetro entre las caras planas de dos yunques de diamante. La deformación de la red de NaCl, medida por difracción de rayos X (DRX), sirvió como indicador de presión. A una presión de 13 GPa y temperatura ambiente, el polvo de ferrita cúbica centrada en el cuerpo (BCC) se transformó a la fase HCP en la Figura 1. Cuando se redujo la presión, ε-Fe se transformó nuevamente en ferrita (α-Fe) rápidamente. Se midió un cambio de volumen específico de -0,20 cm 3 /mol ± 0,03. El hexaferrum, al igual que la austenita , es más denso que la ferrita en el límite de fase. Un experimento de ondas de choque confirmó los resultados del yunque de diamante. Se eligió Epsilon para que la nueva fase se correspondiera con la forma HCP de cobalto . [1]
El punto triple entre las fases alfa, gamma y épsilon en el diagrama de fases unario del hierro se ha calculado como T = 770 K y P = 11 GPa, [2] aunque se determinó a una temperatura inferior de T = 750 K (477 °C) en la Figura 1. El símbolo de Pearson para hexaferrum es hP2 y su grupo espacial es P6 3 /mmc . [3] [4]
Otro estudio sobre la transformación ferrita-hexaferrum determinó metalográficamente que se trata de una transformación martensítica más que de equilibrio . [5]
Si bien el hexaferrum es puramente académico en ingeniería metalúrgica , puede tener importancia en geología . La presión y la temperatura del núcleo de hierro de la Tierra son del orden de 150 a 350 GPa y 3000 ± 1000 °C. Una extrapolación del límite de fase austenita-hexaferrum en la Figura 1 sugiere que el hexaferrum podría ser estable o metaestable en el núcleo de la Tierra. [1] Por esta razón, muchos estudios experimentales han investigado las propiedades del hierro HCP bajo presiones y temperaturas extremas. La Figura 2 muestra el comportamiento compresivo del hierro ε a temperatura ambiente hasta una presión como la que se encontraría en la mitad del núcleo exterior de la Tierra; no hay puntos a presiones inferiores a aproximadamente 6 GPa, porque este alótropo no es termodinámicamente estable a bajas presiones pero se transformará lentamente en hierro α.