(entsprechend Merkblatt BDG-Richtlinie P 350 am Beispiel von Gusseisen)
Zur Auswertung und Kontrolle des Zustands der Metallschmelze mit Hilfe von apromaceTA dient die Interpretation von erzeugten Abkühlungskurven.
Interpretation von Messkurven bei der Abkühlungen
Die Temperaturentwicklung in einer Schmelze bei der Abkühlung wird bestimmt durch die Phasenumwandlungen im Zustandsdiagramm des spezifischen Materialsystems primär vom flüssigen zum festen Aggregatzustand wie auch innerhalb eines Aggregatzustands beispielsweise zwischen verschiedenen Kristallstrukturen. Erfolgt ein Umwandlungsvorgang bei Temperaturen unterhalb der im Zustandsdiagramm ausgezeichneten Temperatur, wird die Schmelze als unterkühlt bezeichnet.
Die Betrachtung der Abkühlgeschwindigkeit sowie deren Änderung durch Umwandlungen in der Schmelze bedingt die Verwendung einer mathematischen Kurvendiskussion zur Auswertung der aufgenommen Temperaturdaten und der Identifizierung der charakteristischen Punkte in den Kurvenverläufen. Entsprechend sind Haltepunkte in der ersten Ableitung durch einen unendlich kleinen Anstieg (=0) und Wendepunkte durch einen Maximum/Minimum des Anstiegs gekennzeichnet.
Interpretation von Abkühlkurven am Beispiel von Gusseisenschmelzen
Im Bereich der eutektischen Erstarrung können zwei wesentliche Typen der Abkühlkurven unterschieden werden: Eine Kurve mit ausgeprägter Unterkühlung (Siehe Abbildung) und eine mit geringer Unterkühlung (Siehe Abbildung) wobei die Ausbildung des Gefüges von der Lage der Abkühlkurve relativ zum Erstarrungsintervall bestimmt wird.
Im Detail deutet das Fehlen einer Unterkühlung sowie der Einordnung der eutektischen Temperatur an der unteren oder unterhalb der Grenze des Erstarrungsintervalls TEut W auf eine karbidische Erstarrung (Fe3C) verbunden mit einer verspäteten oder ausbleibenden Kristallisation des Graphits. Bezüglich der dominierenden Grauwerte bei der Abbildung des Querschliffs eines karbidisch verfestigten Gussstücks nennt man diesen Typ der Erstarrung weiß. Ist die Abkühlkurve nur durch eine Unterkühlung oberhalb der metastabilen eutektischen Umwandlung gekennzeichnet, kristallisiert freies Graphit im Gefüge. Ist die Unterkühlung TEut RK minimal wurde die Schmelze mit großer Wahrscheinlichkeit geimpft um die Keimbildung zu verbessern/optimieren..
Für eine untereutektische Schmelze können die auftretenden charakteristischen Punkte in der Abkühlkurve wie folgt interpretiert werden:
Für eine untereutektische Schmelze können die auftretenden charakteristischen Punkte in der Abkühlkurve wie folgt interpretiert werden:
In der Schmelze mit einem Kohlenstoffanteil unterhalb der eutektischen Zusammensetzung von 4,3 Gewichts-% (Abb. Y (1)) kristallisiert beim Erreichen der Liquidusstemperatur der Primäraustenit und die frei werdende Kristallisationswärme verlangsamt die Abkühlung (Abb. Y (2)). Im Bereich zwischen der Liquidustemperatur und der eutektischen Temperatur (Abb. Y (3)) kristallisiert beim Abkühlen fortgesetzt Austenit (γ-Eisen). Die Zusammensetzung der Schmelze entwickelt sich durch die Abreicherung bezuüglich des Eisenanteils entsprechend dem Verlauf der Liquiduslinie bis die eutektischen Zusammensetzung und die entsprechende Temperatur erreicht sind (Abb. Y (4)). Durch die gleichzeitige Erstarrung von Austenit sowie Graphit (Kohlenstoffmodifikation, Grauerstarrung) oder Zementit (Fe3C, Weißerstarrung) stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der durch Abkühlung abgeführten und durch Verfestigung frei werdender Wärmemenge, welches sich in der Abkühlkurve durch einen Haltepunkt darstellt.
Die Unterkühlung definiert die Differenz zwischen der eutektischen Temperatur, welche zweckmäßig mit 1150°C angenommen wird, und der unteren eutektischen Temperatur TEut min (Abb. 4 (a)). Die Temperaturzunahme von der unteren zur oberen eutektischen Temperatur TEut max, welche bei der Grauerstarrung auftritt, wird durch die Kristallisationswärme des Graphits hervorgerufen und als Rekaleszenz bezeichnet.