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純鐵的概念

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

(2)純鐵的晶格結構變化

液態(tài)純鐵從1538℃凝固開始到912℃區(qū)間基晶格結構發(fā)生三種變化。由于其本質仍為純鐵，故把這種變化稱為同質異晶轉變。

（3）純鐵的磁性變化

常溫下純鐵為鐵磁性金屬，溫度高于770℃轉變?yōu)榉氰F磁性金屬。這個轉變溫度又稱為居里點。

(4)純鐵的塑性

純鐵的塑性隨含碳量增加而降低。含碳量(質量分數(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。

純鐵及其同素異構轉變[3]

許多金屬在固態(tài)下只有一種晶體結構，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，由一種麗格轉變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為同素異構轉變(Allotropic Transformation)，或稱多品型轉變，由同素異構轉變所得到的不同昂格的品體稱為同素異構(晶)體。金屬的同素異構轉變與液態(tài)金屬的結晶過程相似，故稱為二次結晶或重結品。

純鐵在冷卻過程中出現(xiàn)3種同素異構體，液態(tài)純鐵在1538℃時開始結晶出具有體心立方晶格的8-Fe;繼續(xù)緩冷到1394℃時8-Fe開始轉變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄Ц竦膙-Fe:再冷卻到912℃時又由y-Fe轉變?yōu)榫哂畜w心立方品格的a-Fe;繼續(xù)冷卻直到室溫時，a-Fe的晶格類型***發(fā)生變化。

因為純鐵具有同素異構轉變現(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***的目的。

金屬(如純鐵等)的同素異構轉變是一個重結晶過程，遵循結晶的一般規(guī)律;有一定的轉變溫度，轉變時需要過冷，有潛熱產(chǎn)生，轉變過程也是由晶核的形成和晶核長大來完成。但是，這種轉變是在固態(tài)下發(fā)生的，原子擴散較液態(tài)困難得多，因而比液態(tài)結晶需要有更大的過冷度;轉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)應力。例如y-Fe轉變?yōu)閍-Fe時，鐵的體積會膨脹約1%。在鋼淬率火時，這種轉變會產(chǎn)生應力，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。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。

純鐵的性能與用途[4]

(1)成分及力學性能

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(主要是碳)，其力學性能如下:

①抗拉強度

=180~280 MPa;

②屈服強度

=100~170 MPa;

③伸長率

s=30%~50%;

④斷面收縮率

ψ=70%~80%。

(2)用途

純鐵的塑性、韌性較好，強度、硬度很低，因此很少作為結構材料使用，純鐵具有很高的磁導率，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備。