Изменение свободной энергии при графитизации.

Графитизацией называется процесс кристаллизации (выделения) графита в сплавах Fe с «С». Графит может кристаллизоваться как из жидкой фазы при затвердевании чугуна, так и из твердой фазы (из аустенита).

Основной движущей силой процесса графитизации является стремление к наименьшему запасу свободной энергии. Схема изменения свободной энергии жидкого сплава, цементита и графита выглядит следующим образом:

Из графика видно, что при температуре выше Т₁ наименьшей свободной энергией обладает жидкий сплав, а от Т₁ до Т₂ – графит, который и будет выделяться в этом интервале температур. Ниже температуры Т₂ меньшей, в сравнении с жидким сплавом, свободной энергией обладают и графит и цементит, но, т.к. кривая свободной энергии для цементита Z_ц проходит выше кривой для графита Z_гр, сначала будет выделяться цементит. Затем цементит будет превращаться в графит, обладающий меньшим запасом энергии. Согласно диаграмме состояния сплавов железо-графит, разница между температурами Т₁ и Т₂ будет всего 1153-1147=6⁰С, поэтому уже при незначительном переохлаждении будет происходить кристаллизация не графита, а цементита.

2.Графитизация из жидкой фазы. Диаграмма состояния.

При повышенном содержании «С» и Si, расширяющих температурный интервал графитизации, а также при медленном охлаждении в крупных отливках облегчается непосредственная кристаллизация графита из жидкого сплава.

Процесс графитизации осуществляется по дислокационному механизму и сводится к образованию центров графитизации и росту вокруг них графитовых включений. Дислокации и точечные дефекты играют при этом значительную роль.

Графитизация чугуна из жидкой фазы происходит согласно диаграмме графитовой системы (диаграмма состояния стабильного равновесия Fe-C).

При этом ниже линии С΄Д΄ образуется первичный графит, по эвтектической линии E΄C΄F΄ - эвтектический графит. Графитная эвтектика (аустенит + графит) образуется при температуре 1153⁰С. Если при эвтектической кристаллизации выделяется только графит, то чугун называют серым, если графит и цементит – половинчатым, если только цементит – белым. По линии S΄Е΄ выделяется вторичный графит, а при t 738⁰С (линия Р΄S΄К΄) образуется эвтектоид, содержащий феррит и графит.