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盛龍華純鐵：純鐵及其同素異構轉變

發(fā)布時(shí)間：2019-10-21 13:56:49 來(lái)源：盛龍華純鐵瀏覽次數：9325

　　許多金屬在固態(tài)下只有一種晶體結構，如鋁、銅、銀等金屬，在固態(tài)時(shí)無(wú)論溫度高低，均為面心立方晶格。鎢、鉬、釩等金屬則為體心立方晶格。但有些金屬在固態(tài)下，在不同的溫度或壓力范圍內存在兩種或兩種以上的晶格形式，如Fe、Co、Ti、Mn、Sn等，這類(lèi)金屬在冷卻或加熱過(guò)程中，其晶格形式會(huì )發(fā)生變化。同一元素的金屬在固態(tài)下隨溫度改變，由一種晶格轉變?yōu)榱硪环N晶格的現象，稱(chēng)為同素異構轉變(Allotropic Transformation)，或稱(chēng)多晶型轉變。由同素異構轉變所得到的不同晶格的晶體稱(chēng)為同素異構(晶)體。金屬的同素異構轉變與液態(tài)金屬的結晶過(guò)程相似，故稱(chēng)為二次結晶或重結晶。

　　純鐵在冷卻過(guò)程中出現3種同素異構體，整個(gè)轉變過(guò)程如圖1所示。液態(tài)純鐵在1538℃時(shí)開(kāi)始結晶出具有體心立方晶格的δ-Fe；繼續緩冷到1394℃時(shí)，δ-Fe開(kāi)始轉變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄Ц竦摩?Fe；再冷卻到912℃時(shí)又由γ-Fe轉變?yōu)榫哂畜w心立方晶格的α-Fe；繼續冷卻直到室溫時(shí)，α-Fe的晶格類(lèi)型不再發(fā)生變化。

　　因為純鐵具有同素異構轉變現象，所以在生產(chǎn)上能對鋼和鑄鐵進(jìn)行相變熱處理，以達到改變鋼鐵內部組織和提高性能的目的。

　　金屬(如純鐵等)的同素異構轉變是一個(gè)重結晶過(guò)程，遵循結晶的一般規律：有一定的轉變溫度，轉變時(shí)需要過(guò)冷，有潛熱產(chǎn)生，轉變過(guò)程也是由晶核的形成和晶核長(cháng)大來(lái)完成。但是，這種轉變是在固態(tài)下發(fā)生的，原子擴散較液態(tài)困難得多，因而比液態(tài)結晶需要有更大的過(guò)冷度；轉變時(shí)由于晶格的致密度改變引起晶體的體積變化，往往要產(chǎn)生較大內應力。例如γ-Fe轉變?yōu)棣?Fe時(shí)，鐵的體積會(huì )膨脹約1％。在鋼淬火時(shí)，這種轉變會(huì )產(chǎn)生應力，嚴重時(shí)會(huì )導致工件變形和開(kāi)裂。一般來(lái)說(shuō)，純鐵總是含有一些雜質(zhì)。工業(yè)純鐵常含有W雜=0．1％～0．2％，含碳量很低，雖然塑性好，但強度和硬度都很低，所以很少用它制造機械零件，工業(yè)生產(chǎn)中常用的是鐵碳合金。

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