(1) Nach Abschluss der Abkühlung, d. h. wenn Oberfläche und Kern die gleiche Temperatur aufweisen, verschwindet auch die elastische Verformung von Oberfläche und Kern, und der ursprüngliche Zustand wird wiederhergestellt. Obwohl während des Abkühlprozesses kurzzeitig thermische Spannungen entstehen, ist die Restspannung nach Beendigung der Abkühlung gleich null.
(2) Dies ist natürlich ein Sonderfall. Da zu Beginn des schnellen Abkühlprozesses hohe thermische Spannungen entstehen, weist der Stahl noch eine relativ hohe Temperatur und gute Plastizität auf. Die thermische Spannung übersteigt die Streckgrenze des Stahlrohrs mit großem Durchmesser, was zu einer plastischen Verformung der Oberfläche unter Zugspannung und des Kerns unter Druckspannung führt und somit die thermische Spannung abbaut.
(3) Bei weiterer Abkühlung verlangsamt sich die Abkühlungsrate der Oberfläche, während die des Kerns zunimmt. Die Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Kern verringert sich nach Erreichen eines hohen Wertes allmählich, und die auf Oberfläche und Kern wirkende thermische Spannung nimmt entsprechend ab.
(4) Aufgrund der oben erwähnten vorinduzierten plastischen Verformung wird die hohe thermische Spannung jedoch reduziert. Besteht weiterhin ein signifikanter Temperaturunterschied, ist die thermische Spannung nahezu null. Da der Kern zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig abgekühlt ist und sich während der Abkühlung weiter zusammenzieht, kehrt sich die thermische Spannung um und es entsteht eine thermische Spannung zwischen der Oberflächenschicht unter Druck und dem Kern unter Zug.
(5) Daher weist die Oberflächenschicht nach vollständiger Abkühlung eine hohe Druckeigenspannung auf, während im Kern Zugeigenspannungen bestehen. Nach dem Eingießen des flüssigen Stahls in die Kokille sinkt dessen Temperatur aufgrund der Wärmeaufnahme der Kokille allmählich, und der Übergang vom flüssigen zum festen Zustand erfolgt zwischen der Liquiduslinie und der Phasengrenze. Dieser Vorgang wird als Erstarrungsprozess bezeichnet, und diese Übergangsphase heißt Erstarrungsphase.
(6) Während der Erstarrungsphase entstehen in Stahlrohren mit großem Durchmesser Lunker, Schwindung, thermische Risse, Entmischungen, verschiedene Poren und Einschlüsse. Daher ist das Verständnis und die Untersuchung der Erstarrungsgesetze sowie deren Kontrolle von großer Bedeutung für die Herstellung hochwertiger und dichter Gussteile.
Veröffentlichungsdatum: 17. April 2025