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盛龍華純鐵：純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變
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| 發(fā)布時(shí)間：2019-10-21 13:56:49 來源：盛龍華純鐵 瀏覽次數(shù)：10068 |
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(shí)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(gè)轉(zhuǎn)變過程如圖1所示。液態(tài)純鐵在1538℃時(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)，α-Fe的晶格類型不再發(fā)生變化。
因?yàn)榧冭F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(jìn)行相變熱處理，以達(dá)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(gè)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(shí)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(kuò)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(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(nèi)應(yīng)力。例如γ-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe時(shí)，鐵的體積會膨脹約1％。在鋼淬火時(shí)，這種轉(zhuǎn)變會產(chǎn)生應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)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(qiáng)度和硬度都很低，所以很少用它制造機(jī)械零件，工業(yè)生產(chǎn)中常用的是鐵碳合金。
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