2.5 Термодинамічна активність вуглецю в залізі

Термодинамічна активність вуглецю багато в чому визначає його поводження у твердому розчині: розчинність, дифузійну рухливість, здатність до виділення і т.д.

Легуючі елементи впливають на активність вуглецю.

Активність елемента визначається як:

де - коефіцієнт термодинамичної активності,

- атомна частка елемента.

Коефіцієнт у; характеризує сили зв'язку елемента з гратами розчинника, тобто рухливість і здатність до виділення з ґрат.

При легуванні фериту й аустеніту змінюється вільна енергія вуглецю, що зв'язана з його активністю.

G=R T ln

де R - газова постійна;

Т - абсолютна температура, К.

Щоб оцінити вплив легуючого елемента на активність вуглецю в легованому розчині ( ), його порівнюють з активністю в нелегованому залізі з тим же змістом вуглецю:

∆G=R T ln ( )

∆G= R T ln ( )

∆G= R T ln ( )

∆G= R T ln

де - відносний коефіцієнт активності вуглецю.

Відносний коефіцієнт активності вуглецю характеризує вплив легуючого елемента на активність вуглецю.

Якщо > 1, то легуючий елемент підвищує активність вуглецю, якщо <1 — легуючий елемент зменшує його активність.

Фізична сутність зміни полягає в тому, що легуючі елементи в розчині змінюють міцність зв'язку між атомами металу і вуглецю.

Карбідоутворюючі елементи збільшують міцність зв'язку вуглецю з атомами легуючого елемента, підвищуючи імовірність перебування атомів вуглецю в межвузліях, притягають атоми вуглецю і знижують рухливість вуглецю у твердому розчині.

Зворотна картина спостерігається для некарбідоутворюючих елементів. Вони підвищують активність вуглецю, збільшуючи тенденцію до виділення вуглецю з твердого розчину.

Фіг. 17. Вплив легуючих елементів на активність атомів вуглецю