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    盛龍華純鐵:純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

    發(fā)布時間:2019-10-21 13:56:49   來源:盛龍華純鐵    瀏覽次數(shù):10331

      許多金屬在固態(tài)下只有一種晶體結(jié)構(gòu),如鋁、銅、銀等金屬,在固態(tài)時無論溫度高低,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(nèi)存在兩種或兩種以上的晶格形式,如Fe、Co、Ti、Mn、Sn等,這類金屬在冷卻或加熱過程中,其晶格形式會發(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(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象,稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(Allotropic Transformation),或稱多晶型轉(zhuǎn)變。由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變所得到的不同晶格的晶體稱為同素異構(gòu)(晶)體。金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶過程相似,故稱為二次結(jié)晶或重結(jié)晶。

      純鐵在冷卻過程中出現(xiàn)3種同素異構(gòu)體,整個轉(zhuǎn)變過程如圖1所示。液態(tài)純鐵在1538℃時開始結(jié)晶出具有體心立方晶格的δ-Fe;繼續(xù)緩冷到1394℃時,δ-Fe開始轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄Ц竦摩?Fe;再冷卻到912℃時又由γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂畜w心立方晶格的α-Fe;繼續(xù)冷卻直到室溫時,α-Fe的晶格類型不再發(fā)生變化。


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

      金屬(如純鐵等)的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是一個重結(jié)晶過程,遵循結(jié)晶的一般規(guī)律:有一定的轉(zhuǎn)變溫度,轉(zhuǎn)變時需要過冷,有潛熱產(chǎn)生,轉(zhuǎn)變過程也是由晶核的形成和晶核長大來完成。但是,這種轉(zhuǎn)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(jié)晶需要有更大的過冷度;轉(zhuǎn)變時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(nèi)應(yīng)力。例如γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe時,鐵的體積會膨脹約1%。在鋼淬火時,這種轉(zhuǎn)變會產(chǎn)生應(yīng)力,嚴重時會導致工件變形和開裂。一般來說,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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