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什么是純鐵[1]

純鐵是指工業(yè)純鐵，它的含鐵量為99.8%~99.9%。其余為十幾種雜質(zhì)元素，如C、Si、Mn、S、P等，其中碳的含量約占0.0008%~0.0218%。

純鐵的特點(diǎn)[2]

(1)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。這個轉(zhuǎn)變溫度又稱為居里點(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(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)品。

純鐵在冷卻過程中出現(xiàn)3種同素異構(gòu)體，液態(tài)純鐵在1538℃時開始結(jié)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(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄Ц竦膙-Fe:再冷卻到912℃時又由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，a-Fe的晶格類型***發(fā)生變化。

因為純鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，所以在生產(chǎn)上能對鋼和鑄鐵進(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，鐵的體積會膨脹約1%。在鋼淬率火時，這種轉(zhuǎn)變會產(chǎn)生應(yīng)力，嚴(yán)重時會導(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。

純鐵的切削[5]

純鐵又稱工業(yè)純鐵，其金相組織是鐵素體，硬度為HB80，強(qiáng)度低而塑性、韌性高。切削純鐵時有以下特點(diǎn):

(1)純鐵的伸長率為50%，加工時變形大，硬化嚴(yán)重，切屑易與刀具粘結(jié)，加劇刀具磨損。

(2)切屑不易折斷，常纏繞在工件或刀具上，影響切削的順利進(jìn)行和工件的加工表面質(zhì)量，切削時切削溫度較高，影響刀具***度。

(3)在純鐵中加入1%的鎳、錳或硅，可使晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的變化，力學(xué)性能也隨之發(fā)生變化，強(qiáng)度、截圖(Alt+A)塑性、韌性降低，因而其切削加工性可以得到改善。

切削純鐵可***高速鋼和硬質(zhì)合金作刀具材料。一般粗車時用W18Cr4V高速鋼、YG8硬質(zhì)合金，精車時可采用YT14硬質(zhì)合金刀具。純鐵的硬度低而塑性大，應(yīng)加大刀具前角，r=25°~30°，a =8°~10°，a ’’=6°~8°k_=35°~75°k ’ =5°~15°,入a=0°~3°。前刀面上的倒棱寬度可取0.05mm~0.15mm，卷屑槽寬度為進(jìn)給量的15倍~20倍，卷屑槽圓弧半徑可大些，使排屑順利。切削用量的選擇如下:粗車時v=50m/min，a_=3mm~6mm，f=O.35mm/r~0.4mm/r;精車時v=60m/min~80m/min，a=0.1mm~0.4mm，f=0.1mm/r.為了取得較好的斷屑效果，可采用雙刃傾角車刀進(jìn)行切削。即在主切削刃上靠近刀尖處磨出***個刃傾角，使切屑變形充分，能夠在較小的進(jìn)給量重時斷屑，且刀尖強(qiáng)度好，刀具***度高。