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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):10425 |
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(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(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(duì)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(huì)膨脹約1%。在鋼淬火時(shí),這種轉(zhuǎn)變會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,嚴(yán)重時(shí)會(huì)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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