Application of thermodynamic calculations in the research of cast irons structure

Aplicación de los cálculos termodinámicos en la investigación de la estructura de los hierros fundidos

La contribución resume los resultados de la aplicación del cálculo termodinámico obtenido a partir de las mediciones de las actividades de oxígeno en fundiciones con diversos tipos de microestructura de grafito. Los resultados se utilizaron para encontrar la relación entre el logaritmo natural de las actividades de oxígeno y el valor inverso de la temperatura termodinámica 1/T. A partir de la línea de regresión obtenida se logró el cálculo del valor de las actividades de oxígeno para una temperatura significativa del metal fundido. Cada material tiene su propio rango típico de actividades de oxígeno para analizar y controlar la calidad del grafito. La aplicación práctica se probó con éxito en una fundición checa que produce rodillos de fundición centrifugados diseñados para trenes de laminación en caliente con núcleo de grafito esferoidal.

INTRODUCCIÓN

Las herramientas más útiles para el control de calidad de las coladas de fundición son el análisis térmico y la medición de la actividad de oxígeno. Mampaey [1,2] ha publicado varios artículos sobre este tema. En el primero de ellos Mampaey [1] sobre la base del análisis termodinámico elaboró la medición de la actividad de oxígeno en el horno de inducción a varias temperaturas. El acceso termodinámico al estudio de la solidificación del hierro fundido se utilizó sistemáticamente en los trabajos de Lekakh, Robertson, Loper Jr. [3] y Pirnat, Mrvar, Medved [4]. Las consideraciones termodinámicas utilizadas en la medición de la actividad del oxígeno y en la evaluación de los resultados de este estudio se han analizado en muchos otros estudios en las monografías de Myslivec [5] y Katz [6].

La premisa es el hecho de que el papel del oxígeno para la obtención de la estructura de grafito requerida en los hierros fundidos es indiscutible. La actividad del oxígeno cambia con el valor inverso de la temperatura termodinámica (1/T) según una relación lineal:

​$1n{K}_0=\frac{\Delta G^0}{R﹒T}$    (1)

En la relación (1) ΔG0 es un cambio de la energía libre de Gibbs en estado estándar / J∙mol-1, T temperatura termodinámica / K y R representa la constante universal de los gases 8 314 /J∙mol-1∙K-l

ΔG = x﹒RT﹒1n αⁿ₀ (2)

ΔG⁰ = ΔH⁰ - TΔS⁰ (3)    

en la que T representa la temperatura termodinámica / K

RT﹒1nαⁿ₀ = ΔH⁰ - TΔS⁰ (4)

lnα₀ = $\frac{A}{T}$ + B    (5)

​Los parámetros (A es la pendiente de la recta y B es el intercepto) tienen significado termodinámico según la ecuación de (5).

A = ΔH⁰ / R (6)

B = ΔS⁰ / R (7)