Abkühlung

Metallurgie

Temperatursenkung durch Wärmeentzug. Nach dem Gießen kühlt sich das flüssige Metall in der Form ab. Nach Erreichen der Liquidustemperatur beginnt die Erstarrung. Das erstarrte Gussstück kühlt sich in der Form weiter ab, bis es aus der Form ausgeleert wird. Für den Kühleffekt sind die Gesetze des Wärmeüberganges durch Leitung, Berührung und Strahlung maßgebend.

Das Bild zeigt den zeitlichen Verlauf der Abkühlung eines reinen Metalls beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand.

Dabei wird der stetige Verlauf der Abkühlungskurve durch eine horizontale Gerade unterbrochen; dies bedeutet, dass die Temperatur für eine bestimmte Zeit konstant bleibt. Bei dieser Temperatur beginnt die Erstarrung der Schmelze, und die weitere Abkühlung setzt erst wieder ein, wenn die Erstarrung beendet ist. Diese Haltetemperatur TS entspricht somit der Schmelz- oder Erstarrungstemperatur reiner Metalle. Das Konstantbleiben dieser Temperatur im Zuge der Abkühlung kommt dadurch zustande, dass während der Erstarrung Wärme frei wird. Diese Erstarrungswärme sorgt vorübergehend für einen Ausgleich der abgeleiteten Wärme. Der gleiche Wärmebetrag ist zum Schmelzen des festen Metalls wieder zuzuführen.

Der Verlauf der Abkühlungskurve im Bereich des flüssigen bzw. festen Zustandes hängt außer von den wärmephysikalischen, stoffabhängigen Konstanten auch von der Temperaturdifferenz zwischen Metall und Umgebung ab. Da diese Differenz mit fortschreitender Abkühlung kleiner wird, verlangsamt sich auch die Abkühlungsgeschwindigkeit. Dieser Zusammenhang wird mathematisch durch eine e-Funktion

T = T0 · ea · t

dargestellt. Hierin bedeuten

T - die jeweils gemessene Temperatur,
T0 - die Anfangstemperatur,
e - 2,71828 (Eulersche Zahl),
a - eine werkstoffabhängige Größe und
t - die Zeit.

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