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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，所以在生產上能對鋼和鑄鐵進行相變熱處理，以達到改變鋼鐵內部組織和提***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，往往要產生較大內應力。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)生產中常用的是鐵碳合金。