白口铸铁初生渗碳体(Fe3C)结晶的热力学与动力学

白口铸铁初生渗碳体(Fe₃C)结晶的热力学与动力学

过共晶白口铸铁的先析出相为初生渗碳体。图1示出Fe–C合金相图在温度为T₁时各相的自由能变化，图下方的两条斜线表示熔液–石墨、熔液–渗碳体混合体的自由能。成分为X的铁液过冷至T₁时，熔液中碳的含量X超过了介稳定条件下的平衡含量X_a，形成过饱和(X–X_a)，因而要析出高碳相。析出的高碳相是石墨还是渗碳体，取决于热力学及动力学条件。由于△G₂>△G₁，即析出石墨时所引起的系统热力学位的降低比析出渗碳体的大，所以利于石墨析出。但是由于渗碳体中碳的质量分数只有6.67%，而石墨中碳的质量分数为100%，形成石墨时需要碳原子做大规模迁移；另外，渗碳体是间隙相化合物，形成渗碳体时不要求铁原子从晶格中扩散移出，故从动力学考虑，形成渗碳体比析出石墨容易。

图1  析出初生渗碳体、石墨的自由能变化

G_L—液相自由能  G_cm—渗碳体自由能  G_gr—石墨自由能

△G₁—渗碳体析出的自由能变化  △G₂—石墨析出的自由能变化