Thermodynamics and kinetics of phase transformations in the Fe-N-C system

Abstract

The control of the nitriding/nitrocarburizing process involves both the knowledge of the thermodynamics prescribing the gas-solid and solid-solid phase equilibria of the Fe-N and Fe-N-C systems and kinetics governing the (multicomponent) diffusion of each component in the solid phases formed during the heat treatment. Although nitriding and nitrocarburizing have been widely investigated a fundamental knowledge about the thermodynamics and kinetics, in particular in the Fe-N-C system is still lacking. For that reason the present work is focused on (i) the thermodynamics and kinetics of phase transformations in the Fe-N-C system and (ii) the thermodynamics of the gamma’ phase in the Fe-N system. Die Kontrolle von Nitrier- und Nitrocarburierprozessen beinhaltet die Kenntniss der Thermodynamik, welche die gas-fest sowie die fest-fest Phasengleichgewichte im System Fe-N-C und Fe-N vorgibt, als auch der Kinetik, welche die (mehrkomponentige) Diffusion in jeder einzelnen Phase des Festkörpers bestimmt. Obwohl Nitrier- und Nitrocarburierenprozesse bereits intensiv untersucht wurden, mangelt es immernoch am allgemeinen Verständnis der zugrundeliegenden thermodynamischen und kinetischen Vorgänge, insbesondere im System Fe-N-C. Aus diesem Grund liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit auf (i) der Thermodynamik und Kinetik von Phasenumwandlungen im System Fe-N-C und (ii) der Thermodynamik der gamma' Phase im System Fe-N.