什么是纯铁[1]

纯铁是指工业纯铁，它的含铁量为99.8%~99.9%。其余为十几种杂质元素，如C、Si、Mn、S、P等，其中碳的含量约占0.0008%~0.0218%。

纯铁的特点[2]

(1)纯铁的概念

铁碳合金相图中，熔点为1538℃，含碳量为零的8-Fe，称其为纯铁。炼钢使用的工业纯铁是含碳量(质量分数)≤0.020%，并含有硅、锰、磷、硫、铝等元素，有别于纯铁。

(2)纯铁的晶格结构变化

液态纯铁从1538℃凝固开始到912℃区间基晶格结构发生三种变化。由于其本质仍为纯铁，故把这种变化称为同质异晶转变。

（3）纯铁的磁性变化

常温下纯铁为铁磁性金属，温度高于770℃转变为非铁磁性金属。这个转变温度又称为居里点。

(4)纯铁的塑性

纯铁的塑性随含碳量增加而降低。含碳量(质量分数)为0，02%的工业纯铁仍具有良好的冷热加工塑性，可以冷轧制成薄板、带材等。

纯铁及其同素异构转变[3]

许多金属在固态下只有一种晶体结构，如铝、铜、银等金属，在固态时无论温度高低，均为面心立方晶格。钨、钼、钒等金属则为体心立方晶格。但有些金属在固态下，在不同的温度或压力范围内存在两种或两种以上的晶格形式，如Fe、Co、Ti、Mn、Sn等，这类金属在冷却或加热过程中，其晶格形式会发生变化。同一元素的金属在固态下随温度改变，由一种丽格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变(Allotropic Transformation)，或称多品型转变，由同素异构转变所得到的不同昂格的品体称为同素异构(晶)体。金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似，故称为二次结晶或重结品。

纯铁在冷却过程中出现3种同素异构体，液态纯铁在1538℃时开始结晶出具有体心立方晶格的8-Fe;继续缓冷到1394℃时8-Fe开始转变为具有面心立方晶格的v-Fe:再冷却到912℃时又由y-Fe转变为具有体心立方品格的a-Fe;继续冷却直到室温时，a-Fe的晶格类型***发生变化。

因为纯铁具有同素异构转变现象，所以在生产上能对钢和铸铁进行相变热处理，以达到改变钢铁内部组织和提***的目的。

金属(如纯铁等)的同素异构转变是一个重结晶过程，遵循结晶的一般规律;有一定的转变温度，转变时需要过冷，有潜热产生，转变过程也是由晶核的形成和晶核长大来完成。但是，这种转变是在固态下发生的，原子扩散较液态困难得多，因而比液态结晶需要有更大的过冷度;转变时由于晶格的致密度改变引起晶体的体积变化，往往要产生较大内应力。例如y-Fe转变为a-Fe时，铁的体积会膨胀约1%。在钢淬率火时，这种转变会产生应力，严重时会导致工件变形和开裂。一般来说，纯铁总是含有一些杂质。工业纯铁常含有W垫=0.1%~0.2%，含碳量很低，虽然塑性好，但强度和硬度都很低，所以很少用它制造机械零件，工业生产中常用的是铁碳合金。

纯铁的性能与用途[4]

(1)成分及力学性能

工业纯铁含铁量一般为99.8%~99.9%，常含有0.1%~0.2%的杂质(主要是碳)，其力学性能如下:

①抗拉强度

=180~280 MPa;

②屈服强度

=100~170 MPa;

③伸长率

s=30%~50%;

④断面收缩率

ψ=70%~80%。

(2)用途

纯铁的塑性、韧性较好，强度、硬度很低，因此很少作为结构材料使用，纯铁具有很高的磁导率，主要用途是利用其铁磁性，制作仪器仪表的铁磁芯等要求软磁性的设备。

纯铁的切削[5]

纯铁又称工业纯铁，其金相组织是铁素体，硬度为HB80，强度低而塑性、韧性高。切削纯铁时有以下特点:

(1)纯铁的伸长率为50%，加工时变形大，硬化严重，切屑易与刀具粘结，加剧刀具磨损。

(2)切屑不易折断，常缠绕在工件或刀具上，影响切削的顺利进行和工件的加工表面质量，切削时切削温度较高，影响刀具***度。

(3)在纯铁中加入1%的镍、锰或硅，可使晶体结构发生不同程度的变化，力学性能也随之发生变化，强度、截图(Alt+A)塑性、韧性降低，因而其切削加工性可以得到改善。

切削纯铁可***高速钢和硬质合金作刀具材料。一般粗车时用W18Cr4V高速钢、YG8硬质合金，精车时可采用YT14硬质合金刀具。纯铁的硬度低而塑性大，应加大刀具前角，r=25°~30°，a =8°~10°，a ’’=6°~8°k_=35°~75°k ’ =5°~15°,入a=0°~3°。前刀面上的倒棱宽度可取0.05mm~0.15mm，卷屑槽宽度为进给量的15倍~20倍，卷屑槽圆弧半径可大些，使排屑顺利。切削用量的选择如下:粗车时v=50m/min，a_=3mm~6mm，f=O.35mm/r~0.4mm/r;精车时v=60m/min~80m/min，a=0.1mm~0.4mm，f=0.1mm/r.为了取得较好的断屑效果，可采用双刃倾角车刀进行切削。即在主切削刃上靠近刀尖处磨出***个刃倾角，使切屑变形充分，能够在较小的进给量重时断屑，且刀尖强度好，刀具***度高。