第2章 钢铁材料中常见第二相的基础数据

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1、第二章钢铁材料中常见第二相的基础数据2.1铁的基础数据为了对钢铁材料中各种第二相的行为进行深入的研究和定量的理论计算，必须首先掌握相关的基础数据。铁是钢铁材料中的基础元素，其构成了钢铁材料的基体，各种第二相均是存在于铁基体中通过与铁基体的相互作用而产生各自的作用的，因此，首先必须深入了解铁基体的基本性能数据。2.1.1基本物理常数本书中所进行的理论计算过程中需要用到一些基本物理常数；此外，在采用相关文献资料中的数据时，由于某些数据的测定年代较早，需要换算为国际单位，换算时必须采用一些换算常数。为方便起见，我们将这些常数列于表2-

2、1中。表2-1本书所采用的基本物理常数23阿伏加德罗常数NA6.022045±0.000031×10/mol摩尔气体常数R8.31441±0.00026J/（mol⋅K）-23波尔兹曼常数k1.380662±0.000042×10J/K晶体学长度换算系数0.100202nm/kx热功当量4.184J/Car2自由落体加速度g9.80665m/s[1]2.1.2铁的物理性能数据62铁在元素周期表中处于第三周期第Ⅷ副族，原子序数为26，外层电子排列为3d4s，原子量为55.847。纯铁在室温下的晶体点阵结构为体心立方，一般称之为α铁

3、，其点阵常数为0.286645±0.000001nm，由此计算出的最小原子间距为0.248240nm，配位数为12时的原子直径为-5330.25537nm，理论摩尔体积为0.709165×10m/mol，理论密度为7.875Mg/m，通常采用的3-6实际测定密度为7.870Mg/m，室温线胀系数为11.8×10/K。α铁在912℃将发生固态多形性相变，转变为具有面心立方结构的γ铁，该温度下α铁的点阵常数为0.29008nm，由此计算出的最小原子间距为0.25122nm，配位数为12时的原-533子直径为0.25843nm，理论摩

4、尔体积为0.734966×10m/mol，理论密度为7.599Mg/m；而1该温度下γ铁的点阵常数为0.36468nm，由此计算出的最小原子间距（亦即配位数为12时-533的原子直径）为0.25787nm，理论摩尔体积为0.730163×10m/mol，理论密度为7.649Mg/m，3而实际测定密度为7.694Mg/m。由此可得，α→γ相变时体积变化约-0.66%。γ铁在1394℃将再发生固态多形性相变，转变为具有体心立方结构的δ铁，该温度下γ铁的点阵常数为0.36839nm，由此计算出的最小原子间距（亦即配位数为12时的原子直

5、-533径）为0.26049nm，理论摩尔体积为0.752675×10m/mol，理论密度为7.420Mg/m；而该温度下δ铁的点阵常数为0.29318nm，由此计算出的最小原子间距为0.25390nm，配位数为-5312时的原子直径为0.26119nm，理论摩尔体积为0.758782×10m/mol，理论密度为337.360Mg/m，实际测定密度为7.406Mg/m。由此可得，γ→δ相变时体积变化约0.81%。3铁的熔点为1538℃，此时液态铁的实际测定密度为7.035Mg/m，熔化相变时体积变化约3.4%；铁的沸点为2870

6、℃。铁的点阵常数随温度的变化见表2-2，其线胀系数随温度的变化见表2-3。实际应用中，为方便起见，我们更关心的是点阵常数随温度的平均变化情况，而由该两表可得到α铁在20-912℃、γ铁在912-1394℃、δ铁在1394-1502℃温度范围的平均线胀系数分别为13.4、-621.1、23.6×10/K，由此即可按下式分别计算铁的点阵常数：−6a=0.28665×[1+13.4×10(T−20)]（2-1）α−Fe−6a=0.36468×[1+21.1×10(T−912)]（2-2）γ−Fe−6a=0.29318×[1+23.6×

7、10(T−1394)]（2-3）δ−Fe式中温度T为摄氏温度。[1]表2-2铁的点阵常数随温度的变化温度，℃2053154248315378451523563588点阵常数，nm.28665.28676.28708.28750.28775.28806.28840.28879.28882.28890温度，℃642660706730754772799862898907点阵常数，nm.28922.28920.28923.28935.28940.28943.28946.28988.29012.29005温度，℃9501003107611

8、6712491361γ铁点阵常数,nm.36508.36535.36599.36660.36720.36810温度，℃1390143914801508δ铁点阵常数，nm.29315.29346.29378.293962[1]表2-3铁的线胀系数随温度的变化温度，