DE1573486A1

DE1573486A1 - Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen verschiedener Umwandlungscharakteristika von Metallen

Info

Publication number: DE1573486A1
Application number: DE19651573486
Authority: DE
Inventors: Shogo Kanazawa; Keiji Konno; Shingo Kosuge; Kiyoshige Shimizu
Original assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Current assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Priority date: 1964-02-05
Filing date: 1965-02-04
Publication date: 1970-04-16
Also published as: DE1573486B2; DE1573486C3; JPS4843837B1; GB1090833A; US3377838A

Description

PATENTiNGENIE URfF. W. HEMMER ICH- GERD MQLLER-D. GROSSE 20 711 D 0 SS E LD O RF 1, B E R LI N ER ALLE E 34-36

1. 2. 1965 rm.br

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Fuji Electronic Industrial Co. Ltd. und Fuji Iron and Steel Co. Ltd., Tokyo (Japan)

Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen verschiedener Umwandlungscharakteristika von Metallen. - -

Die Erfindung befaßt sich mit einer .neuartigen Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen verschiedener Umwandlungscharakteristika von metallischen Materialin, wie thermische Expansionen, isothermische Umwandlungen, kontinuierliche Abkühlungsumwandlungen und ähnliche.

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer neuartigen Vorrichtung, in der verschiedene Umwandlungscharakteristika von metallischen Materialien, wie thermische Umwandlungen, isothermische Umwandlungen, kontinuierliche Abkühlungsumwandlungen und ähnliche Vorgänge durch die gleiche Vorrichtung gemessen und aufgezeichnet werden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der selektiven und automatischen Messung jeder der vorgenannten verschiedenen Umwandlungscharakteristika.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der automatischen Messung der genannten verschiedenen Umwandlungscharakteristika, wobei diese Messung mit hoher Genauigkeit und genauem Verauf erfolgt, .

Weitere Auf-jaben und Vorteile der Eirfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Hisiweis auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Die neuartigen Merkmale welche die Erfindung kennzeichnen, sind in den anliegenden Ansprüchen, die Teil dieser Spezifikation bilden, festgelegt.

BAD ORiQINAL 00981 6/0 76 Q -G1-

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Figur 1
Figur 2
Figur 3
Figur 4

Figur 5
Figur 6

Figur 7
Figur 8a

Figur 8b

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zeigt eine Kurve, welche das Verhältnis zwischen der Temperatur und der Ausdehnung eines gewöhnlichen Metalles, wie beispielsweise Stahl, illustriert, zeigt die kontinuierliche Abkühlungswmwandlungskurve von Stahl, um das Verhältnis zwischen Temperatur und Zeit darzustellen.

zeigt die isothermische Umwandlungskurve von Stahl zur Illustrierung des Verhältnisses zwischen Temperatur und Zeit,

zeigt eine gewöhnliche Umwandlungskurve von Stahl zur Illustrierung des Verhältnisses zwischen Temperatur und Zeit.

ist ein Schaltdiagramm einer Ausbildungsform der Erfindung,

ist ein teilweise im Schnitt dargestelltes Schema einer Hochfrequenzinduktionswärmspule und eines Expansionsdetektors, wie er in der in Figur 1 dargestellten Ausbildungsform Verwendung findet, ist ein vertikaler Schnitt, der eine Teilkonstruktion der in Figur 6 abgebildeten Vorrichtung zeigt, ist eine perspektivische Ansicht des unteren Teiles einer Quarzröhre·, die in Verbindung mit der in Figur 7 dargestellten Vorrichtung Verwendung findet und zur Aufnahme eines Metallmusters geeignet ist. ist eine Querschnittsdarstellung der in Figur P.a gezeigten Quarzröhre, und zwar in der Ebene 8B-8B der Figur 8a.

ist eine Draufsicht eines Metallmusters, das in der in Figur 8 dargestellten Quarzröhre eingesetzt wird. zeigt einen vertikalen Schnitt des Metallmusters in der Ebene 9B-9B der Figur 9a. .

ist eine grafische Darstellung, in welcher das Verhältnis zwischen Temperatur und Zeit zur Erklärung einer Anwendungsform der Vorrichtung dieser Erfindung dargestellt ist.

zeigt ein Beispiel einer isothermalen Umwandlungskurve, die von der Vorrichtung dieser Erfindung gemessen wurde, wobei ebenfalls das Verhältnis zwischen T.em-

- G 2 -

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peratur und Zeit illustriert wird.

Im■allgemeinen hat die Wärmebehandlung einen großen Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften eines metallischen Materials, wie beispielsweise Stahl. Um daher Stahl einer Wärmebehandlung unter den besten Bedingungen auszusetzen, ist es wesentlich, die charakteristische kontinuierliche Umwandlungskurve, die chrakteristische isothermale Umwandlungskurve oder eine allgemeine Umwandlungskurve des Metalls oder Stahls zu kennen, der wärmebehandeit werden soll. Genauer gesagt, ist in der Fachwelt das Verhältnis zwischen Temperatur T und dem Ausmaß der Expansion D des Stahles bekannt und ist gekennzeichnet durch eine Kurve, die in Figur 1 dargestellt ist. Wenn Stahl somit kontinuierlich erwärmt wird, dehnt er sich entlang einer graden Linie aus, bis ein Punkt Aa erreicht ist. Wenn jedoch der Stahl weiter erwärmt wird über den Punkt Aa hinaus, schrumpft er infolge seiner Umwandlung, bis ein Punkt Ab erreicht ist. Jenseits des Punktes Ab dehnt sich der Stahl wiederum gleichförmig entlang einer zweiten graden Linie aus.

Andererseits nimmt die kontinuierliche Abkühlungsumwandlungskurve eines Stahles eine Form an, wie diese in Figur 2 dargestellt ist, worin die Ordinate die Temperaturen T darstellt, bei der die Umwandlung eingeleitet wird und endet, sobald der Stahl bei unterschiedlichen Kühlgeschwindigkeiten von einem stabilen austenitischen Statud bei hohen Temperaturen abgekühlt ist und die Abszisse kennzeichnet, die erforderliche Kühlzeit t,Die isothermale Umwandlungskurve des Stahles ist in Figur 3 dargestellt, die durch Abkühlung des Stahles von einem Punkt Ta entsprechendem dem austenitischen Status zu verschiedenen Temperaturen innerhalb eines Bereiches von Punkt Ta zu einem Punkt Ms, bei dem sich die Umwandlung einleitet, gewonnen wurde, und durch Messung des Zeitintervalles zwischen dera Punkt, an den die Umwandlung eingeleitet wird und der. Punkt, an dem diese beendet ist, während die Temperatur des rjStahles an einem der genannten unterschiedlichen Temperaturen konstant gehalten wird. Figur 4 zeigt eine mehr allgemeine Um-. ■ ; 009816/0760

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Wandlungskurve, welche das Verhältnis zwischen dem Ausmaß der Expansion D und der Temperatur der Umwandlung zeigt, wenn das Muster erwärmt wird und bei einer konstanten Rate dicht am Gleichgewichtszustand, z. B. 1,5° C pro Minute abgekühlt wird«

Vorrichtungen, welche die verschiedenen Charakteristischen Umwandlungskurven messen können, wie beispielsweise die kontinuierliche Abkühlungsumwandlungskurve, die isothermische Umwandlungskurve, die allgemeine Umwandlungskurve und ähnliche oben beschriebene Vorgänge, werden benötigt, um den nachfolgenden unterschiedlichen Bedingungen Rechnung zu tragen:

1. Es solte möglich sein, ein Teststück bei jeder genau eingestellten konstanten Geschwindigkeit über einen weiten Bereich von Zimmertemperatur bis zu einer wesentlich höheren Temperatur (beispielsweise ca. 1.4oo° C) homogen zu erwärmen.

2. Es sollte möglich sein, das Teststück über eine beträchtliche Zeitdauer ohne merkliche Temperaturschwankung auf einer erhöhten Temperatur zu halten, nachdem das Teststück durch die gleiche Wärmevorrichtung auf diese Temperatur gebracht worden ist.

3. Es sollte möglich sein, das Teststück von der erhöhten Temperatur bei jeder beliebigen Geschwindigkeit im Bereiche einer sehr kurzzeitigen Periode (beispielsweise ca. 1 bis 3 Sekunden) zu einer sehr langzeitigen Periode (beispielsweise ca. 2o Stunden oder mehr) auf Raumtemperatur abzukühlen.

4. Es sollte möglich sein, das Teststück von dem Punkt Ta bei einer erhöhten Temperatur auf jede besondere Temperatur zwischen den Punkten Ta und Ms (innerhalb 1 bis 3 Sekunden) abzukühlen und die genannte besondere Temperatur über eine lange Zeitdauer genau aufrecht zu erhalten.

5. Es sollte möglech sein, das Teststück von der genannten besonderen Temperatur auf Zimmertemperatur abzukühlen.

6. Es sollte möglich sein, die verschiedenen Umwandlungserscheinungen hinsichtliche Temperatur und Zeit richtig zu messen und mit großer Genauigkeit aufzuzeichnen.

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■5.

Bisher wurden zum Messen unterschiedlicher Umwandlungscharakteristika von metallischen Materialien die magnetischen Analysenmethode, die elektrische Widerstandsmethode, die thermische Expansionsmethode, die thermische Analysenmethode und ähnliche Methoden verwendet. Da jedoch die magnetische Analysenmethode und die elektrische Widerstandsmethode schwierig für die Messung von Umwandlungen bei hohen Temperaturen angewandt werden können, wurde im allgemeinen die thermische Expansions- und thermische Analysenmethode verwendet. Da die meister der herkömmlichen Methoden und Vorrichtungen zum Messen von 'Umwandlungen die Aufwärmung durch elektrische Widerstände fordern, können sie nicht gleichzeitig alle den oben aufgezählten Erfordernissen Rechnung tragen.

Selbst durch genau programmierte Steuerung im sogenannten PID- oder SCR-System, das ein kürzlich entwickeltes elektrisches Schaltungssystem darstellt, kann die ^nannte Bedingung (4) nicht erfüllt werden. Dementsprechend war es notwendig, andere Wärmevorrichtungen zusätzlich zu den genannten Systemen zu verwenden, wie beispielsweise ein Bad von geschmolzenem Metall oder Salz, um das Muster darin einzutauchen. Dabei kann jedoch die Bedingung (4) oder die Forderung des Abkühlens innerhalb von 1 bis 3 Sekunden nicht erreicht werden, wenn das System so eingestellt ist, daß die Bedingung (6) erfüllt werden soll. Die tatsächliche Kühlgeschwindigkeit würde etwa 2o bis 5ο Sekunden betragen, so daß man nicht in der Lage ist, genaue isothermische Umwandlungscharakteristika zu schaffen.

Somit war es unmöglich, genaue isothermische Umwandlungskurven durch automatische Messungen darzustellen.

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Eine weitere Methode zum Messen unterschiedlicher Umwandlungscharakteristika mittels Mikroskopen ist in der Vergangenheit angewandt worden. Um die isothermische Umwandlungskurve zu erhalten, wurde ein Wärmeofen, der bei einer Temperatur von 95o° C arbeitet und austenitische Struktur schaffen kann, sowie ein weiterer Ofen, der bei einer Temperatur von 6oo C

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arbeitet und eine konstante Temperatur aufrecht erhält, benutzt, wobei ein kleines Stück eines metallischen Musters in den Wärmeofen zur Aufwärmung auf eine yorbestimmte Temperatur eingeführt .wird. Sodann wird der Status der Umwandlung des Teststückes mittels eines Mikroskopes beobachtet, um die isothermische Umwandlungskurve aufzuzeichnen. Jedoch erfordert eine solche Methode zur Bestimmung der Kurvencharakteristik mittels eines Mikroskops eine große Anzahl von Teststücken, mühevolle Handgriffe und viel Zeit, wobei es noch sehr schwierig ist, genaue und einwandfreie Meßresultate zu erhalten.

Ein zu Üarstellungszwecken gewähltes Beispiet der Erfindung soll nun beschrieben werden unter Bezugnahme auf Figur 5, welche ein Schaltdiagramm dieses Beispiels zeigt. Wenn man eine beliebige Umwandlungskurve eines Metalles, wie beispielsweise die kontinuierliche Abkühlungsumwandlungskurve, die isothermische Umwandlungskurve oder die allgemeine Umwandlungskurve erhalten willjf, wird eine Temperatureinstellvorrichtung 11 und eine Zeitachseneinstellvorrichtung 12 so miteinander kombiniert, daß ein Programmsignal mit Bezug auf die Aufwärmzeit t und die Temperatur T entsteht, das für die verschiedenen oben beschriebenen Umwandlungen geeignet ist. Dieses Programmsignal wird einem Modulator 14 eines Registriergerätes 13 zugeführt und dann einem Unterscheidungskreis 18 (synchrones ■ Gleichrichten) über einen Hauptverstärker 15 des Registriergerätes 13 und einem Modulator 17 eines Temperatursteuergerätes 16 zugeführt. Der Unterscheidungskreis 18 gibt das Programmsteursignal unter Kontrolle des Temperatursteuergerätes Io an eine Hochfrequenzquelle 19, bestehend aus einem Oscillator. Die Hochfrequenzquelle 19 liefert einen hochfrequenten Strom, der durch das Programmsignai gesteuert wird an eine Induktionswärmspule 21. Wenn ein Metallmuster 2o, das in der Wärmspule 21liegt, erwärmt wird und sich so ausdehnt, wird seine Ausdehnung einem Detektor 23 über eine Quarzröhre 22 zur Aufspürung der Ausdehnung übertragen und die von dem Detektor 23 aufgespürte Ausdehnung durch ein Doppelerscheinungstufztichnungsgerät 24 gemessen und aufgezeichnet. Ein Thermo-

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element 25 ist für das Metallmuster 2o vorhanden, und zwar zur Messung und Aufzeichnung der durch das Thermoelement 25 festgestellten Temperatur durch das Doppelerscheinungsaufzeichnungsgerät 24. Ein Rückkopplungskreis 1o liegt zwischen dem Ausgang des Unterscheidungskreises 18 und der Eingangsklemme des Modulators 17, wodurch ein Auswerten, wie beispielsweise Summieren, erfolgt, um vorübergehende Erscheinungen, wie Regelschwankungen, zur Zeit der Temperaturänderung zu unterdrücken.

Die Hochfrequenzinduktionswärmevorrichtung 19 einschließlich eines Hochfrequenzoscillators dient zur gleichmäßigen Erwärmung des Metallmusters durch Hochfrequenzinduktionserwärmung. Diese Vorrichtung kann betrieben werden bei einer Frequenz im Bereich von Io KC bis mehrere hundert KC. und kann mit einem Ausgansregler versehen werden, um die Erwärmungstemperatur schnell zu ändern. Die Temperatureinstellvorrichtung 11, die wesentlicher Bestandteil der erfundenen Vorrichtung bildet, erhält ihren Strom von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Bezugepannungsquelle, wodurch ein Temperatureinstellsignal von einem mehrelementigen Netzwerk gegeben wird. Die Zeitachseneinstellvorrichtung 12 stellt die Zeitachse ein und kann aus einem digitalen Zählkreis bestehen, in welchem die Zeit beispielsweise von 3 Sekunden bis 2ο Stunden, geändert werden kann.

Figur 6 zeigt die Einzelheiten der Induktionswärmspule 21 und des thermischen Expansionsdetektors 23, die in Figur 5 dchematisch dargestellt sind. Das Metallmuster 2o ist in einer Quarzröhre 27 angeordnet, deren eines Ende geschlossen ist und die mit Schlitzen 26 zur"Beschleunigung der Kühlwirkung versehen ist, Wie dargestellt, ist das eine Ende des Metallmusters 2o dicht an dem geschlossenen Ende 28 der Quarzsröhre 27 angeordnet, während das andere Ende gegen ein Ende einer Detektorquarzröhre 22 stößt, diekonzentrisch in die Röhre 27 eingesetzt ist. Das gegenüberliegebde Ende der Deketorquarzröhre 22 ist mit dem Ejcpansionsdet'ektor 23 verbunden, der beispielsweise aus einem DIfifearenti al umformer oder einen Dehnungsmesser besteht. In dem illustrierten Beispiel ist dieses entgegengesetzte Ende fest am

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Magnetkern eines Differentialumformers befestigt.

Eine Wärmspulenvorrichtung 21 umgibt die Quarzröhre 27, die das Metallmuster 2o enthält, wobei die genannte Wärmspulenvorrichtung 21 aus einer Induktionsspule 29 und einer umlaufenden Kühlleitung 31 besteht, die mit Düsen 3o zum Aufspritzen von Kühlwasser auf deren innere Oberfläche versehen ist. Der Innendurchmesser, die axiale Länge und die Anzahl der Wicklungen der Wärmspulenvorrichtung sind in geeigneter Weise so bemessen, daß das Metallstück 2o homogen erwärmt wird.

Das Thermoelement 25, das die Temperatur des Metallmusters 2o aufspürt, ist an dem Muster 2o über die Detektorquarzröhre 22 angebracht.

Figur 7 zeigt die praktische Konstrution der Induktionswärmespulenvorrichtung 21 und des Expansionsdetektors 23, die schematisch in Figur 6 abgebildet sind. Die Ouarzröhre 27, die in ihrem Inneren das Metallmuster 2o enthält, ist vertikal in einem vakuumdichten Kessel 32 angeordnet. Ein ringförmiger Flansch 33 ist an der peripheren Wand einer in der Oberwand des Vakuumkessels 32 vorgesehenen Öffnung befestigt, um einen senkrechten Zylinder 34 abzustützten, der an seinem äußeren Kreisumfang Schraubengewinde besitzt. Ein Abstützzylinder 35 ist mit der äußeren Oberfläche des Zylinders 34 verbunden, wobei der genannte Stützzylinder zur Abstützung eines Gehäuses 37 des Expansionsdetektors in Form eines umgestülpten Bechers innerhalb des Zylinders 34 mittels einer ringförmijigen Leiste 36 dient. Eine Dichtung 38 liegt zwischen dem äußeren Kreisumfang des Gehäuses 37 und der Innenwand des Zylinders 34,um den Vakkumkessel 32 hermetisch abzudichten.

Das untere Ende des Gehäuses 37 ist durch eine Platte 39 verschlossen, an der die Ouarzröhre 27 in dem Vakuumkessel 32 ausgehend von der unteren Oberfläche der Platte 39 durch eine Abstützung 4o aufgehäflgt ist.

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Die Plätte 39 ist mit einer Öffnung 41 versehen, durch weiche ein Draht 42 läuft; def mit der Expansionsdetektorquarzröhre 22 in Verbindung steht; die in der Quarzröhre 27 eingesetzt ist und das obere Ende des Drahtes 42 ist mit einem Magnetkern 43 eines Differentialtransformators gebunden, der den Expansionsdetektor umfaßt. Der Kern 43 und der Draht 42 sind in einem Hilfsvakuumkessel 44 enthalten, der rund um die Öffnung 41 abgedichtet ist. Somit steht das Innere des Hilfsvakuumkessels 44 in Verbindung mit dem Inneren des Hauptvakuumkessels 32, und zwar über die öffnuhg 41. Eine Spule 45 des Differentiäitrainsfofmators ist auf der Außenseite des Hilfsvakuumkesseis angeordnet ühd umgibt den Kern 43. Die Spue 45 ist an der Oberpiatte des Gehäuses 37 für den Expansionsdetektor 37 mittels einer Schraube 46 aufgehängt. Im Unterteil des Vakuumkessels 32 ist eine Öffnung 47 vorhanden, durch welche das Innere des Vakuumkessels mittels einer geeigneten nicht gezeigten Vakuumpumpe geleert wird. Eine Wärmspule 29 umgibt den unteren Teil der Röhre 22. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, kann eine geeignete Kühlvorrichtung mit der Wärmspule 29 verbunden werden, wie dies in Verbindung mit Figur 6 beschrieben wurde.

Figur 8 zeigt eine vergrößerte perspektivische Darstellung des unteren Teils der Quafzföhfe 27. Wie dargestellt, sind ein paar Stege 49 und So durch Bearbeitung der entgegengesetzten Seiten der Röhre in def Nähe ihres Unterteils ausgebildet und eine iihgförmige Scheibe 28 Steht mit den unteren Enden der Stege 49 und So in Verbindung. Dadurch wird ein Schlitz 26 von diesen Stegen umschrieben urtd die Scheibe 28 dient zur Abstützung eines MetäilmuSterS; das durch den Schlitz 26 darauf gesetzt wifd. Entsprechend der Darstellung ist eine Kerbe 51 in die obefe Oberfläche der Scheibe 28 eingeschnitten, um das leichte Einsetzen und Herausnehmen des Teststückes sowie des Thermoelementes zu gewährleisten. Wenn das Thermoelement 25 mit dem TeStStiick Über diese Kefbe befestigt ist, ist es nicht notwendig ι dää iMimöälitöeüt dufch die Quarz röhre 22, wie in

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Figur 9 zeigt ein Muster in einer Form, die zur Befestigung in der in Figur 8 dargestellten Quarzröhre 27 geeignet idt. Wie dargestellt, besteht dieses Muster aus einem zylindrischen Draht, der in die Röhre 27 eingesetzt werden kann. Vertiefungen 52 und 53 sind in den entgegengesetzten Enden des Musters ausgebildet,wobei die obere Vertiefung zur Aufnahme eines Endes der Detektorquarzröhre 22 dient. Dadurch wird die Ausdehnung des ilauptkörpers 54 des Musters 2o aufl den Detektor übertragen, wohingegen die ringförmigen dünnen Endteile 55 und 56 der homogenen Erwärmung des Hauptkörpers 54 dienen.

Die Betriebsweise des in Figur 7 dargestellten Apparates ist wie folgt: Nach Brechung des Vakuums im Vakuumkessel 32 wird das Muster 2o auf der Scheibe 28 durch ein (nicht gezeigtes) Fenster in der Seitenwand des Vakuumkessels 32 befestigt. Nachdem der Vakuumkessel 32 leergepumpt ist, wird der Stützzylinder 35 gedreht, um das Detektorgehäuse 37 zusammen mit der Quarzröhre 27 aufzuziehen, wodurch das Muster 2o mit der Hochfrequenzspule 21 ausgerichtet wird. Gleichzeitig wird die Schraube 46 gedreht, um die Spule 45 des Differentialtransformators mit ihrem Kern 43 auszurichten, Während der Kern 43 in einem Hochvakuum gehalten wird, wird die Spule 45 dem atmophärischen Druck unterworfen, so daß ihre Kenndaten nicht beein, flußt werden. Auf diese Weise kann bei der oben beschriebenen Konstruktion das Metallmuster durch Bewegung der Ouarzröhre zusammen mit der Expansionsaufspürvorrichtung leicht ausgewechselt werden, so daß das Muster mit der Hochfrequenzspule wahlweise zur Deckung gebracht werden kann. Die in Figur Io gezeigten Kurven stellen das Verhältnis zwischen der Aufwärmzeit d und der Temperatur T dar, wenn ein Metallmuster von der Vorrichtung dieser Erfindung, wie in Figur 5 bis 9 dargestellt, erwärmt wird. Wenn man eine Änderung in der Aufwärmtemperatur, wie durch die durchgehende Linie 1 gekennzeichnet, haben möchte^ wird die Temperatureinstellvorrichtung T1 und die Zeitachseneinstellvorrichtung 12 so eingestellt, daß ein Pfogjrämmsignai entsprechend des Zeit-Temperatur-Verhältriisses, wie von der durchgehenden Linie T gekennzeichnet^ erhalten Wird.' Wenn ein

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Programmsignal zur Erhöhung der Temperatur des Musters von Null bis TI während des Zeitintervalls ti dem Modulator 14 der Temperaturregisteriervorrichtung 13 zugeführt wird, gibt der Unterscheidungskreis 18 der Temperatursteueranlage 16 dasProgrammsteuersignal zu der Hochfrequenzquelle 19. Dadurch liefert die Quelle 19 einen hochfrequenten Strom zu der Induktionswärmspule 21,der gerade ausreichend ist, um die Temperatur des Metallmusters von Null auf TI zu erhöhen. Durch geeignete Kombination der Temperatureinstellvorrichtung 11 und der Zeitachseneinstellvorrichtung 12 kann jede beliebige Zeiteinstellung ti und Temperatureinstellung TI vorgenommen werden, z. B. ti ■ 3 Sekunden, TI - 1.4oo ° C oder ti = 2o Stunden und TI · 8oo° C.

Es ist möglich, das Programmsignal so.vorzuwählen, daß das Muster bei der Temperatur T1 für eine Zeitdauer t2 aufrecht erhalten wird, dann die Temperatur von TI auf eine niedrigere Temperatur T2 zu senken und schließlich das Muster bei dieser Temperatur über eine lange Zeitdauer aufrecht zu erhalten. Nenn dieser Zeitintervall T3 auf eine relativ kurze Länge eingestellt ist, beispielsweise 3 Sekunden, sollte die Kühlgeschwindigkeit durch die Kühlluft, die von den Kühldüsen 3o ausgestoßen wird, welche mit der Induktionswärmspule 21 in Verbindung stehen, sehr hoch gemacht werden, beispielsweise weniger als eine Sekunde und gleichzeitig die Ansprechgeschwindigkeit der Temperatursteuervorrichtung 16 ebenfalls sehr hoch gemacht werden. Um ferner stetig von der Temperatur T1 auf die konstante Temperatur T2 überzugehen, wird von dem Rückkopplungskreis So eine entsprechende Auswertung vorgenommen, wodurch das Kühlen bei Annäherung der Temperatur an T2 abgestoppt wird, wodurch jede vorübergehende Erscheinung, die beispielsweise Verschiebung, verhindert wird. Jas Ausmaß der durch diesen Rückkopplungskreis 1o vorgesehenen Rückkopplung beträgt im allgemeinen ca. 1oo %, Dementpsrechend sollte die Zeitverzögerung in der der Tenperatursteuervorrichtung 16 innewohnenden Zeitkonstanten möglichst gering sein, was für den

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stabilen Betrieb des Systems erforderlich ist. Zu diesem Zweck ist nach der Erfindung die Verwendung jedes unerwünschten Verzögerungselementes, wie beispielsweise eines Filterkreises oder einer ähnlichen Vorrichtung, vermieden und eine Hochfrequenzträgerwelle im Bereich von 4oo bis 1ooo Perioden pro Sekunde wird für den Modulator 19 anstelle einer üblichen Frequenz von 5o oder 60 Perioden pro Sekunde verwendet, wodurch die Zeitkonstante des Unterscheidugskreises 18 abnimmt und die Ansprechung des Ausgangssignals beschleunigt wird.

Wenn das Verhältnis zwischen der Aufwärmzeit t und der Temperatur T gewünscht wird, wie dieses dargestellt ist durch eine gestrichelte Linie 2 der Figur 1o sind die Temperatureinstellvoricchtung 11 und die Zeitachseneinstellvorrichtung 12 so kombiniert, daß ein Programmsignal entsprechend der Kurve T1-T3-T4-T5-T6 an den Modulator 14 gegeben wird, wodurch das Metallmuster in Übereinstimmung mit der Kurve 2 erwärmt und abgekühlt wird.

Figur 11 zeigt ein Beispiel zum Messen der Umwandlungschrakteristika von Stahl zur Aufzeichnung des Verlaufs der isothermischen Umwandlungskurve durch die Verwendung des oben beschriebenen Apparates, wobei die Abszisse die Zeit t und die Ordinate, die Aufwärmtemperatur T und das Ausmai- der Ausdehnung D darstellt. Eine Kurve 3 kennzeichnet das Verhältnis zwischen der Aufwarnzeit t und der Aufwärmtemperatur T, wohingegen eine Kurve 4 das Verhältnis zwischen t und dem Ausmaß der Ausdehnung D eines Stahlmusters zeigt, das in Übereinstimmung mit der Kurve 3 wärmebehandelt wurde. Es sei darauf hingewiesen, daß diese beiden Kurven 3 und 4 gleichzeitig durch zwei Federn des in Abbildung 6 dargestellten Doppelerscheinungsaufzeichnungsgerätes 24 aufgezeichnet werden. Ein Punkt 5 an der Kurve 3 gibt den Punkt an, an dem die Kühlung eingeleitet ist, nachdem das Muster bei 95o ° C gehalten wurde und ein Punkt 5 kennzeichnet den Punkt, an welchem das Kühlen beendet ist, wobei darauf folgend das Muster auf einer vorbestimmten konstanten Temperatur, d. h. bei diesen Experiment auf 6oo° C gehalten wird.

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Zwischen den Punkten 5 und 6 wurde das Muster mit einer sehr hohen Geschwindigkeit, beispielsweise in ca. 3 Sekunden, abgekühlt, Durch die in Figur 5 gezegte Schaltung ist es leicht, eine ideale Temperatur-Zeit-Kurve zu schaffen, um so die gewünschte isothermische Umwandlungskurve zu erhalten, wodurch man leicht auf den eingestellten Teraperaturwert von 6oo° C an dem Punkt 6 ohne die Begleiterscheinung einer Verschiebung gehen kann und ebenfalls die Temperatur innerhalb eines Bereiches von plus/minus 1⁰C genau regeln kann.

Die Kurve 4 gibt eine Aufzeichnung der Änderung im Ausmaß der Ausdehnung wieder, welche durch die Wärmebehandlung entsprechend der Kurve 3 verursacht wurde. Wie man aus dieser Kurve ersehen kann, begann während das Muster auf der konstanten Temperatur von 6oo° C gehalten wurde die Umwandlung des Musters an einem Punkt 7 und endete an einem Punkt 8, wie deutlich durch den in Figur 7 dargestellten Ausdehnungsschreiber aufgezeichnet. Daraus geht deutlich hervor, daß der in Übereinstimmung mit den Prinzipien dieser Erfindung konstruierte Apparate ideale Messungen der Umwandlung von Metallen gestattet.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß diese Erfindung gekennzeichnet ist durch die Wärmebehandlung eines Metallmusters durch Hochfrequenzinduktionswärmung, präzise Vorwahl der Wärmebehandlungschsrakteristik des Musters, durch einzigartiges Zusammenspiel zwischen der Hochfrequenzwärmung und den Kühlbedingungen sowie ein eindeutiges Aufzeichnen der Expansion des Musters infolge seiner Umwandlung. Weitere unterschiedliche Typen von Umwandlungskurven von metallischen Mustern, wie beispielsweise kontinuierliche Abkühlungsumwandlungskurven, isothermische Umwandlungskurven und allgemeine Umwandlungskurven, können genau von dem gleichen Apparat aufgezeichnet werden. Diese charakteristischen Kurven können vorteilhaft für die Bestimmung der Bedingungen zur Wärmebehandlung von metallischen Materialien Verwendung finden.

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Üie Erfindung wurde in Verbindung mit einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß viele Änderungen und Abarten möglich sind, ohne daß damit von wirklichen Geist und Umfang der Erfindung, wie in den anliegenden Ansprüchen definiert, abgewichen wird.

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Claims

- A 1 - Fuji Electronic Industrial Co« Ltd., und Fuji Iron and Steel Co. Ltd.,Tokyo (Japan) Patentansprüche

1. Eine Vorrichtung zum Messen von Umwandlungscharakteristika von metallischen Materialien, umfassend: eine Temperatureinstellvorrichtung, eine Zeitachseneinstellvorrichtung, die geneinsam ein Progrannsignal erzeugen, das einer vorbestimmten Tenperatur-Zeit-Kurve entspricht, einen Temperaturschreiber und eine Tenperatursteuervorrichtung, die von dem genannten Progrannsignal beeinfluß wird, eine Hochfrequenzstromquelle, die durch das von den genannten Temperaturschreiber und dem genannten Temperatursteuergerät kommende Signal beeinflußt wird, eine Hochfrequenzwämspule zur Erwärmung eines metallischen Musters, eine nit der genannten Wärmspule verbundene Kühlvorrichtung, die durch den Hochfrequenzstrom der genannten Hochfrequenzstromquelle beeinflußt wird, ein Kärmedetektor zur Aufspürung der Unwandlung des genannten Metallmusters sowie eine Vorrichtung zur Aufzeichnung des Ausmaßes der Ausdehnung des genannten Netallnusters, die von dem genannten Expansionsdetektor in Übereinstimmung mit den genannten Programms ignalen aufgespürt wird.

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- A 2 -

2. Die Vorrichtung zum Messen der Umwandlungscharakteristika von metallischen Materialien entsprechend Anspruch 1, bei der die genannte Hochfrequenzwärmspule und die genannte Expansionsdetektor umfassen: eine Quarzröhre, die in einem Vakuumkessel aufgehängt ist und das genannte metallische Muster an ihrem unteren Ende aufnimmt, eine Wärmspule, welche die genannte Quarzröhre umgibt, eine Expansionstibertragungsvorrichtung, bestehend aus einer zweiten Quarzröhre, die koaxial in der erstgenannten Ouarzröhre angeordnet ist, wobei ihr eines Ende gegen das genannte Metallmuster stößt, einen Magnetkern, der in einer Hilfsvakuumkammer enthalten ist, die mit dem genannten Vakuumkessel kommuniziert, und mit der genannten Expansionsübertragungsvorrichtung in Verbindung steht, sowie eine elektrische Spule zur Aufspürung der Bewegung des genannten magnetischen Kernes.

3. Die Vorrichtung zum Messen von Umwandlungschrakteristika von metallischen Materialien entsprechend Anspruch 1 oder 2, bei der die genannte Wärmespule fest in der genannten Vakuumkammer angebracht ist und die genannte ersterwähnte Ouarzröhre, welche das genannte Metallmuster enthält, in axialer Richtung zusammer mit dem genannten Expansionsdetektor beweglich angeordnet ist, wodurch das genannte Metallmuster selektiv mit der genannten Kärmspule ausgerichtet werden kann.

4. Die Vorrichtung zum Messen von Umwandlungscharakteristika von metallischen Materialien entsprechend Anspruch 1, 2 oder 3, worin die entgegengesetzten Seiten des unteren Endes der genannten ersterwähnten Quarzröhre ausgeschnitten sind, um einen Schlitz zu schaffen zur Aufnahme und Herausnahme des genannten Metallmusters in und aus der genannten Ouarzröhre, wobei der genannte Schlitz ebenfalls als Durchgang für ein aus der genannten Kühlvorrichtung ausgesprühtes Kühlmedium dient.

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5. Die Vorrichtung gemäß den genannten vorausgehenden Ansprüchen, worin das genannte Metallmuster ein zylindrischer Körper ist, der dünne ringförmige Flanschen an den entgegengesetzten Enden zur homogenen Erwärmung des genannten Musters besitzt,

6. Eine Methode zum Messen der Umwandlungscharakteristika eines Metalles umfassend folgende Stufen: das Befestigen eines Musters des genannten Metalles in eine Hochfrequenzwärmspule, das Verändern eines Hochfrequenten der genannten Wärmspule zu-

* geführten Stromes in Übereinstimmung mit einem Programmsignal entsprechend einer vorbestimmten Temperatur-Zeit-Kurve sowie das Messen und Aufzeichnen der Umwandlung des genannten Musters.

7. Eine Methode zum Messen der Umwandlungscharakteristika von Metallen im wesentlichen wie hierin beschrieben.

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Leerseite