DE1191605B - Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung metallkundlicher Untersuchungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung metallkundlicher Untersuchungen

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DE1191605B
DE1191605B DED39915A DED0039915A DE1191605B DE 1191605 B DE1191605 B DE 1191605B DE D39915 A DED39915 A DE D39915A DE D0039915 A DED0039915 A DE D0039915A DE 1191605 B DE1191605 B DE 1191605B
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DE
Germany
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specimen
cooling
heating
coolant
temperature
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DED39915A
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English (en)
Inventor
Herbert Geisel
Dipl-Ing Walter Knorr
Dr Phys Wilhelm Mueller
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Bochumer Verein fuer Gussstahlfabrikation AG
Deutsche Edelstahlwerke AG
AEG AG
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Bochumer Verein fuer Gussstahlfabrikation AG
Deutsche Edelstahlwerke AG
AEG AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/20Metals
    • G01N33/205Metals in liquid state, e.g. molten metals

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  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung metallkundlicher Untersuchungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung metallkundlicher Untersuchungen unter Wärmebehandlung von metallischen Probekörpern, beispielsweise solchen aus Stahl. In der Metallkunde ist es bekanntlich üblich, kleine Probekörper verschiedenen Aufheiz- und Abkühlvorgängen sowie gegebenenfalls Wärmebehandlungszyklen zu unterwerfen, um auf diese Weise Erkenntnisse über die Vorgänge bei den Wärmebehandlungen zu gewinnen, z. B. eingetretene Phasenänderungen oder Wärmeinhaltsänderungen zu ermitteln, vorauszubestimmen oder nachzuahmen.
  • Ein bezeichnendes Beispiel hierfür ist die Aufnahme von Zeit-Temperatur-Umwandlungs- und -Auflösung-Schaubildern (ZTU-ZTA). Für isotherme Wärmebehandlungsvorgänge werden isotherme ZTU-(A)-Diagramme aufgestellt, für kontinuierliche - Vorgänge sind dagegen kontinuierliche Diagramme für die Betrachtung erforderlich. Beide Diagrammarten werden bisher auf Grund dilatometrischer und metallographischer Messungen und Beobachtungen aufgestellt. Die dilatometrische Methode gestattet jedoch nur, Anfangs- und Endpunkte von Umwandlungen festzustellen. Sie gestatten nur in den seltensten Fällen die Trennung verschiedener Phasen, z. B. die Umwandlung in der Perlitstufe bei Stahl wird dilatometrisch durch den Beginn der Ausscheidung von Ferrit und das Ende durch die Beendigung der Perlitausscheidung angezeigt. Das Ende der Ferritausscheidung bzw. der Beginn der Perlitausscheidung sind im Dilatometer nicht erfaßbar.
  • Dagegen ist mit der metallographischen Methode die Möglichkeit gegeben, Gefügeanteile mehrerer Phasen mengenmäßig unter dem Mikroskop zu ermitteln. Es wird dabei so vorgegangen, daß nach verschiedenen Zeitabschnitten des gewählten Behandlungsablaufes der Vorgang unterbrochen wird und die bis zu diesem Zeitpunkt entstandenen Gefüge, Phasen, durch schnelles Abschrecken fixiert werden.
  • Die bisher bekannten Einrichtungen zur Herstellung von kontinuierlichen Diagrammen haben den Nachteil, daß sehr schnelle Abkühlvorgänge, die bei schnell umwandelnden Legierungen notwendig sind, nicht verwirklicht werden können.
  • Unterbrechungen des Ablaufes sind kaum möglich.
  • Bei langsam umwandelnden Legierungen ist es sehr schwierig, gleichmäßige, sehr langsame Abkühl-oder Aufheizkurven zu verwirklichen. Das Abkühlen der Proben erfolgt bisher zum Teil in der Weise, daß die Proben zum Erreichen hoher Abkühlgeschwindigkeiten aus dem Wärmeofen heraus in Flüssigkeiten getaucht werden. Nachteilig ist hierbei, daß der zeitliche Verlauf der Abkühlgeschwindigkeit bei Wahl einer bestimmten Flüssigkeit nur wenig beeinflußbar ist. Sollen unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten erzielt werden, so ist es im allgemeinen erforderlich, mit Flüssigkeiten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zu arbeiten. Bei geringeren Abkühlgeschwindigkeiten erfolgt das Abkühlen in einem strömenden oder ruhenden gasförmigen Medium, wie z.B. in freier Luft oder bei noch langsameren Abkühlvorgängen im beheizten oder teilbeheizten Ofen.
  • Diese Abkühlverfahren haben somit den Nachteil, daß für unterschiedliche Abkühlwirkungen auch unterschiedliche Medien oder unterschiedliche Probengrößen für den Wärmeentzug erforderlich sind und daß die Charakteristik des Abkühlvorganges (zeitlicher Verlauf des Temperaturganges in der Probe während des Abkühlens) nur mangelhaft beeinflußt werden kann. Erwärmungsvorgänge mit unterschiedlicher Aufheizgeschwindigkeit sind im allgemeinen noch schwieriger zu beherrschen.
  • Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das diese Nachteile bekannter Methoden vermeidet und gestattet, jede gewünschte Charakteristik für das Abkühlen und auch Aufheizen am Probekörper feinfühlig zu verwirklichen, ohne daß die Anwendung unterschiedlicher Medien für die Wärmeabfuhr bzw. eine Variation der Probekörper erforderlich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Probekörper gleichzeitig der Einwirkung eines Kühlmittelstromes und eines elektromagnetischen Wechselfeldes ausgesetzt wird, wobei Kühl-und Heizleistung im Sinne eines vorgegebenen Aufheiz- und Abkühlprogramms aufeinander abgestimmt werden. In besonders wirkungsvoller Weise gelingt dies mit einem konstant fließenden Kühlmittelstrom, der eine so große Kühlmittelmenge an dem beheizten Probekörper vorbeiführt, daß praktisch keine Temperaturerhöhung im Kühlmittel festzustellen ist. Dann ist es möglich, ausschließlich durch Steuerung der Heizleistung der Induktionsspule in dem Probekörper Aufheiz- und vor allem Abkühlvorgänge hervorzurufen, die genau nach einem vorgegebenen Programm verlaufen. Dabei ist es möglich, jede beliebige Geschwindigkeit für das Aufheizen und Abkühlen einzustellen sowie die Geschwindigkeiten innerhalb eines Behandlungszyklus zu variieren.
  • Damit ist ein Verfahren geschaffen, das auf feinstfühlige Weise die gesamte Skala möglicher und erwünschter Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten erfaßt, die für metallkundliche Untersuchungen benötigt werden. Außer für die Ermittlung von Gefügeumwandlungen, wie sie durch reines Erwärmen und Abkühlen hervorgerufen werden, eignet sich das Verfahren gemäß der Erfindung besonders dafür, Diffusionsvorgänge zu untersuchen, wie z. B. die Wasserstoff- und/oder Kohlenstoffaufnahme bei der Zementation von Stahlkörpern in verschiedenen gasförmigen Kohlenstoffträgern.
  • Bei der Durchführung des Verfahrens wird vorteilhafterweise die Leistung der Induktionsspule über einen Programmregler mittels eines die Temperatur des Probekörpers abfühlenden Thermoelementes gesteuert.
  • Zur Ausübung des Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgeschlagen, die ein nichtmetallisches, von einer Induktionsspule umgebenes Rohr, das kühhnitteldurchflossen ist und einen nichtmetallischen Halter für den Probekörper im Bereich des Induktionsspulenfeldes vorsieht. Der Halter weist eine Bohrung auf zur Aufnahme eines in den gebohrten Probekörper hineinragenden Thermoelementes.
  • In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung in einem senkrechten Axialschnitt dargestellt.
  • Am Ende eines Rohres 1 ist ein Rohrabschnitt 2 aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoff, beispielsweise Porzellan, Glas oder Kunststoff, vorgesehen.
  • Dieses Rohr 2 ist von einer Induktionsspule 3 umschlossen, die in üblicher und bekannter Weise aus Hohileitern hergestellt sein kann, um auf diese Weise eine Kühlung der Windungen zu ermöglichen.
  • Im Bereich des von der Spule 3 erzeugten magnetischen Wechselfeldes befindet sich der Probekörper 4. Er wird gehalten von einem Halter 5, der aus nichtmetallischem Werkstoff, beispielsweise Porzellan, Quarz od. dgl., hergestellt ist. Der Halter 5 ist in einer Kappe 6 befestigt, die auf das Rohrstück 2 aufgesetzt oder aufgeschraubt werden kann.
  • Die Kappe 6 ist mit Öffnungen 7 versehen, aus denen das durch die Rohre 1 und 2 zugeführte Kühlmittel abfließen kann.
  • Der Halter 5 zeigt ebenso wie der Probekörper 4 eine Bohrung für die Aufnahme eines Thermoelementes 8, dessen Lötstelle 9 in unmittelbarer Berührung mit dem Probekörper 4 steht.
  • Die Spule 3 wird mit einem Wechselstrom geeigneter Frequenz, vorzugsweise 10 bis 1000 kHz, beaufschlagt. Das erzeugte magnetische Wechselfeld führt zur Erwärmung des Probekörpers 4. Wenn der Querschnitt der Rohre 1 und 2 im Verhältnis zum Querschnitt des Probekörpers 4 und damit die Durchflußmenge des Kühlmittels, vorzugsweise Wasser, so groß gewählt wird, daß selbst bei stärkstem Beheizen des Probekörpers 4 an der Austrittsstelle 7 das Kühlmittel keine fühlbare Temperaturerhöhung erfahren hat, ist es durch Steuerung der Leistung des Induktors 3 möglich, im Probekörper jede Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit einzustellen.
  • Im gewählten Ausführungsbeispiel wird die Leistung des Induktors über einen nicht dargestellten an sich bekannten Programmregler mittels des die Temperatur des Probekörpers abfühlenden Thermoelementes 8 gesteuert.
  • Im einzelnen wird so vorgegangen, daß der Probekörper 4 zunächst so lange dem strömenden Kühlmittel ausgesetzt wird, bis er die Temperatur dieses Mittels angenommen hat. Sodann wird der Induktor eingeschaltet, und die Temperatur im Probekörper steigt entsprechend dem vom Regler vorgegebenen Programm. Wenn die vorgeschriebene Temperatur des Probekörpers erreicht ist, wird die Leistung des Induktors nach der vorgegebenen Programmkurve schnell oder langsam heruntergeregelt, bis eine gewünschte Endtemperatur erreicht ist. Die Heizleistung kann im Verlauf einer solchen Abkühlung so eingestellt werden, daß sie bei einer bestimmten Temperaturhöhe des Probekörpers der Kühlwirkung des Kühlmittels die Waage hält. Auf diese Weise sind isothermische Behandlungen möglich.
  • Unter Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in der beschriebenen Vorrichtung ist es möglich, alle Werte für das Aufstellen von ZTU-und ZTA-Schaubildern sowie für isotherme ZTU-(A)-Diagramme in einfachster Weise und in viel größerer Variationsbreite als bisher möglich zu ermitteln.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Durchführung metallkundlicher Untersuchungen unter Wärmebehandlung von metallischen Probekörpern, beispielsweise zu dem Zweck, kontinuierliche Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Schaubilder aufzustellen oder thermische Analysen durchzuführen, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Probekörper gleichzeitig der Einwirkung eines Kühlmittelstromes und eines elektromagnetischen Wechselfeldes ausgesetzt wird, wobei Kühl- und Heizleistung im Sinne eines vorgegebenen Aufheiz-und Abkühlprogramms aufeinander abgestimmt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konstant fließende Kühlmittelstrom so stark gewählt wird, daß trotz Beheizung des Probekörpers praktisch keine Temperaturerhöhung im Kühlmittel eintritt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Induktionsspule über einen Programmregler mittels eines die Temperatur des Probekörpers abfühlenden Thermoelementes gesteuert wird.
  4. 4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein nichtmetallisches, von einer Induktionsspule umgebenes, kühlmitteldurchfiossenes Rohr und einen nichtmetallischen Halter, mit welchem der Probekörper im Bereich des Induktionsspulenfeldes gehalten wird.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Bohrung zur Aufnahme des in den gebohrten Probekörper hineinragenden Thermoelementes aufweist.
DED39915A 1962-09-26 1962-09-26 Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung metallkundlicher Untersuchungen Pending DE1191605B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3643121A1 (de) * 1985-12-20 1987-06-25 Centro Speriment Metallurg Vorrichtung zum bestimmen von phasentransformationen in metallen und legierungen
US5200975A (en) * 1990-11-29 1993-04-06 Seiko Instruments Inc. Furnace for viscoelasticity measuring device with concentric gas cooling shield

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3643121A1 (de) * 1985-12-20 1987-06-25 Centro Speriment Metallurg Vorrichtung zum bestimmen von phasentransformationen in metallen und legierungen
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