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    盛龙华纯铁:纯铁及其同素异构转变

    发布时间:2019-10-21 13:56:49   来源:盛龙华纯铁    浏览次数:99

      许多金属在固态下只有一种晶体结构,如铝、铜、银等金属,在固态时无论温度高低,均为面心立方晶格。钨、钼、钒等金属则为体心立方晶格。但有些金属在固态下,在不同的温度或压力范围内存在两种或两种以上的晶格形式,如Fe、Co、Ti、Mn、Sn等,这类金属在冷却或加热过程中,其晶格形式会发生变化。同一元素的金属在固态下随温度改变,由一种晶格转变为另一种晶格的现象,称为同素异构转变(Allotropic Transformation),或称多晶型转变。由同素异构转变所得到的不同晶格的晶体称为同素异构(晶)体。金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似,故称为二次结晶或重结晶。

      纯铁在冷却过程中出现3种同素异构体,整个转变过程如图1所示。液态纯铁在1538℃时开始结晶出具有体心立方晶格的δ-Fe;继续缓冷到1394℃时,δ-Fe开始转变为具有面心立方晶格的γ-Fe;再冷却到912℃时又由γ-Fe转变为具有体心立方晶格的α-Fe;继续冷却直到室温时,α-Fe的晶格类型不再发生变化。


      因为纯铁具有同素异构转变现象,所以在生产上能对钢和铸铁进行相变热处理,以达到改变钢铁内部组织和提高性能的目的。

      金属(如纯铁等)的同素异构转变是一个重结晶过程,遵循结晶的一般规律:有一定的转变温度,转变时需要过冷,有潜热产生,转变过程也是由晶核的形成和晶核长大来完成。但是,这种转变是在固态下发生的,原子扩散较液态困难得多,因而比液态结晶需要有更大的过冷度;转变时由于晶格的致密度改变引起晶体的体积变化,往往要产生较大内应力。例如γ-Fe转变为α-Fe时,铁的体积会膨胀约1%。在钢淬火时,这种转变会产生应力,严重时会导致工件变形和开裂。一般来说,纯铁总是含有一些杂质。工业纯铁常含有W杂=0.1%~0.2%,含碳量很低,虽然塑性好,但强度和硬度都很低,所以很少用它制造机械零件,工业生产中常用的是铁碳合金。

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