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純鐵的概念

鐵碳合金相圖中，熔點(diǎn)為1538℃，含碳量為零的8-Fe，稱(chēng)其為純鐵。煉鋼使用的工業(yè)純鐵是含碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))≤0.020%，并含有硅、錳、磷、硫、鋁等元素，有別于純鐵。

(2)純鐵的晶格結(jié)構(gòu)變化

液態(tài)純鐵從1538℃凝固開(kāi)始到912℃區(qū)間基晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生三種變化。由于其本質(zhì)仍為純鐵，故把這種變化稱(chēng)為同質(zhì)異晶轉(zhuǎn)變。

（3）純鐵的磁性變化

常溫下純鐵為鐵磁性金屬，溫度高于770℃轉(zhuǎn)變?yōu)榉氰F磁性金屬。這個(gè)轉(zhuǎn)變溫度又稱(chēng)為居里點(diǎn)。

(4)純鐵的塑性

純鐵的塑性隨含碳量增加而降低。含碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0，02%的工業(yè)純鐵仍具有良好的冷熱加工塑性，可以冷軋制成薄板、帶材等。

純鐵及其同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變[3]

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(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(nèi)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，由一種麗格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱(chēng)為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(Allotropic Transformation)，或稱(chēng)多品型轉(zhuǎn)變，由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變所得到的不同昂格的品體稱(chēng)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(guò)程相似，故稱(chēng)為二次結(jié)晶或重結(jié)品。

純鐵在冷卻過(guò)程中出現(xiàn)3種同素異構(gòu)體，液態(tài)純鐵在1538℃時(shí)開(kāi)始結(jié)晶出具有體心立方晶格的8-Fe;繼續(xù)緩冷到1394℃時(shí)8-Fe開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄Ц竦膙-Fe:再冷卻到912℃時(shí)又由y-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂畜w心立方品格的a-Fe;繼續(xù)冷卻直到室溫時(shí)，a-Fe的晶格類(lèi)型***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***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(guò)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(guò)冷，有潛熱產(chǎn)生，轉(zhuǎn)變過(guò)程也是由晶核的形成和晶核長(zhǎng)大來(lái)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(guò)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y-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)閍-Fe時(shí)，鐵的體積會(huì)膨脹約1%。在鋼淬率火時(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(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墊=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。

純鐵的性能與用途[4]

(1)成分及力學(xué)性能

工業(yè)純鐵含鐵量一般為99.8%~99.9%，常含有0.1%~0.2%的雜質(zhì)(主要是碳)，其力學(xué)性能如下:

①抗拉強(qiáng)度

=180~280 MPa;

②屈服強(qiáng)度

=100~170 MPa;

③伸長(zhǎng)率

s=30%~50%;

④斷面收縮率

ψ=70%~80%。

(2)用途

純鐵的塑性、韌性較好，強(qiáng)度、硬度很低，因此很少作為結(jié)構(gòu)材料使用，純鐵具有很高的磁導(dǎo)率，主要用途是利用其鐵磁性，制作儀器儀表的鐵磁芯等要求軟磁性的設(shè)備。