灰铸铁初生奥氏体结晶热力学

灰铸铁初生奥氏体结晶热力学

亚共晶铸铁的最先析出相为奥氏体(称初生奥氏体)。图1示出初生奥氏体结晶的自由能变化。当温度过冷至液相线BC`以下，如T₁温度，成分为X的亚共晶铁液中初生奥氏体开始结晶。此时熔液中的铁原子浓度比平衡值高(X_a-X)，X铁液的自由能比X_a铁液和X_b的奥氏体所组成的两相平衡混合体高△G，于是，构成初生奥氏体结晶的热力学驱动力。

图1    初生奥氏体结晶的自由能夏化

最初形成的奥氏体含碳X_a，附近的液相含碳也接近于X_a，而远离奥氏体的熔液成分仍保持平衡成分X，形成碳浓度不均匀，出现碳的化学位梯度。在浓度差的驱动下发生碳由奥氏体附近的熔体向外扩散迁移，使附近的液体碳量降低，铁逐渐进入过饱和状态，促使奥氏体继续随温度降低而不断析出。当温度过冷至T₂，新奥氏体析出的浓度条件己具备，奥氏体便在原先的奥氏体晶体前缘生长。