初生(C、F型)石墨结晶的热力学

成分为X的过共晶铁液，过冷至图1中的1点温度时，铁液的成分变为X_a，自由能为G₁。此时铁液的自由能比铁液与石墨两相混合体的自由能高△G。所以，有石墨析出的液相混合体更为稳定，促使初生石墨从铁液中析出。

图1  过共晶铸铁析出初生石墨时的自由能变化

初生石墨的生长是由碳的浓度差造成化学位梯度所驱动的。因为在初生石墨附近贫碳，含碳量为X_a。在远处，保持液体原始成分X。碳浓度的差别导致在液体中出现碳的化学位梯度，碳原子向生长着的晶体扩散，石墨连续地析出，直至全部液体达到X_a。此时，便形成成分为X_a的液体与石墨的稳定平衡相。