DE1573486C3 - Einrichtung zur Durchführung metallkundlicher Untersuchungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchführung metallkundlicher Untersuchungen, in der ein Probekörper des zu untersuchenden Metalls mit einem ihm zuordenbaren Wärmefühler und unter Einwirkung einer Steuervorrichtung mit einer dieser nachgeordneten induktiven Heizvorrichtung sowie einer Kühlvorrichtung entsprechend einem einstellbaren Programm zeitlich definiert vorgegebene Temperaturen durchläuft, so daß Umwandlungscharakteristika insbesondere von Metallen, wie thermische Expansionen, isothermische Umwandlungen, Abkühlungsumwandlungen od. dgl. untersucht werden können. An derartige Geräte werden eine Reihe von Forderungen gestellt, die bisher nur zum Teil erfüllt wurden. So sollen die Probekörper mit vorzugebender Erwärmungsgeschwindigkeit innerhalb eines weiten, beispielsweise von Zimmertemperaturen bis zu 1400⁰C reichenden Intervalls von einer Ausgangstemperatur auf eine vorgegebene, zweite Temperatur aufheizbar sein. Vorgegebene, erreichte Temperaturen sollen innerhalb enger Toleranzen über längere Zeiten aufrechterhalten werden können. Andererseits sollen aber auch Probekörper von einer ersten Temperatur innerhalb des Intervalls auf eine zweite, ebenfalls vorgegebene abgekühlt werden, wobei an die Abkühlungsgeschwindigkeit ebenfalls hohe Anforderungen gestellt werden: In extremen Fällen soll die Abkühlung spontan beispielsweise einerhalb einer oder von drei Sekunden erfolgen, in anderen Fällen ist es wünschenswert, die Abkühlung äußerst langsam vorzunehmen und über beispielsweise 20 Stunden zu erstrecken. Durch Änderung der jeweils vorgegebenen Werte innerhalb eines Programms sollen derartige Einzelvorgänge aneinanderschließend durchgeführt werden können, und als wesentlich gilt es, die unterschiedlichen Umwandlungserscheinungen des Probekörpers sowohl hinsichtlich ihrer Erscheinungsform als auch hinsichtlich der Temperatur sowie der Zeit, zu der sie erfolgen, exakt zu messen und aufzuzeichnen, so daß laufend jederzeit auswertbare Unterlagen erstellt werden.

Zum Erhitzen bzw. Abkühlen auf definierte Temperaturen wurden bisher auf konstante Temperaturen aufgeheizte Metall- bzw. Salzbäder großer Abmessungen und damit großer Wärmekapazität verwendet. Da im allgemeinen der Probekörper in das Bad eingebracht wird, bietet die Überwachung bzw. Messung des Probekörpers große Schwierigkeiten, und insbesondere die kürzesten erzielbaren Abkühlungsgeschwindigkeiten erstrecken sich über Zeiträume von etwa 20 bis 50 Sekunden, so daß die Fixierung exakter isothermischer Umwandlungscharakteristika nicht möglich ist.

Zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Längenänderung eines Probekörpers ist eine Einrichtung bekannt, bei der ein zu untersuchender Probekörper in einem Quarzrohr gehalten wird, das von einem einstellbar beaufschlagbaren elektrischen Widerstandsofen umgeben ist (deutsche Auslegeschrift 1053 814). Der Probekörper stützt sich gegen das untere Ende des

Metallen, beispielsweise Stahl, zur Änderung physikalischer Eigenschaften bzw. Erzielung vorgegebener mechanischer Eigenschaften ist es erforderlich, das Verhalten des betreffenden Metalls genau zu kennen, um auf Grund dieser Kenntnisse die optimalen Bedingungen durchzuführender Wärmebehandlungen auszuwählen. Ausgangspunkt solcher Untersuchungen können Schaubilder wie die der F i g. 1 bis 4 sein, die jeweils für bestimmte Metalle zu ermitteln sind. So zeigt beispielsweise F i g. 1, daß bei einer Steigerung der Temperatur eines Probestückes zunächst auch dessen Länge annähernd proportional ansteigt, bis die Temperatur des Punktes Aa erreicht ist. Bei einer Erwärmung über diesen Punkt hinaus schrumpft der Stahl infolge seiner Umwandlung bis zur Temperatur des Punktes Ab. Bei einer weiteren Temperatursteigerung dehnt sich der Stahl wiederum linear mit der Temperatursteigerung aus. F i g. 2 zeigt eine kontinuierliche Abkühlungsumwandlungskurve eines Stahles aus einer bei hohen Temperaturen sich einstellenden stabilen austenitischen Phase. Als Ordinate sind die Temperaturen T gewählt, bei der die Umwandlung eingeleitet wird und endet, während die Abszisse die erforderliche Kühlzeit angibt. In F i g. 3 hingegen ist eine isothermale Umwandlungskurve des Stahles gezeigt. Sie veranschaulicht die Ab- kühlung des Stahles innerhalb eines Temperaturintervalls, der durch die der austenitischen Phase entsprechenden Temperatur Ta sowie der Umwandlungstemperatur Ms begrenzt ist und gibt die vom Einsetzen bis zur Beendigung der Umwandlung benötigte Zeit an, während derer die Temperatur des Stahles konstant bleibt. Fig.4 gibt eine allgemeinere Darstellung der Umwandlungskurve und zeigt die Ausdehnung in Abhängigkeit von der Temperatur sowohl bei der Erwärmung als auch bei einer gleichförmigen Abkühlung im Bereiche des Gleichgewichtszustandes, beispielsweise um 1,5°C pro Minute.

Die Aufnahme solcher Diagramme war bisher umständlich und zeitraubend, und insbesondere schnelle Abkühlungen konnten bei dieser Aufnahme nicht erzielt werden.

In F i g. 5 ist das Blockschaltbild einer Einrichtung dargestellt, welche die Durchführung von metallkundlichen Untersuchungen erlaubt und Schaubilder der vorgeschriebenen Art bzw. Unterlagen liefert, die solche Schaubilder ergeben. Die F i g. 5 zeigt hierbei sowohl das Blockdiagramm der Steuervorrichtung als auch schematisch die Meßvorrichtung, Probekörper, die verwendete Heiz- sowie die Kühlvorrichtung. Zur Durchführung eines sowohl hinsichtlich der zu durchfahrenden Temperaturdifferenz als auch der hierfür benötigten Zeit definierten Aufheiz- bzw. Abkühlungsvorganges werden der Temperaturvorgabevorrichtung 11 die anzufahrende Temperatur sowie dem Zeitgeber 12 das gewünschte Zeitintervall vorgegeben. Durch vom Zeitgeber 12 in die Temperaturvorgabevorrichtung 11 übertragene Signale wird in dieser ein Signal erzeugt, das als Führungsgröße der Regelstufe 14 der Regelvorrichtung 13 zugeführt wird. Mit dem zu untersuchenden Probekörper 20 steht ein Wärmefühler 25 in Kontakt, der im Ausführungsbeispiel als Thermoelement ausgebildet ist, und dessen Ausgangssignale als Ist-Wert der Regelstufe 14 zugeführt werden. Das Ausgangssignal der Regelstufe erreicht nach Passieren des Verstärkers 15 den Modulator 17 einer Steuervorrichtung 16 sowie den dieser nachgeordneten Diskriminator 18. Überschreitet die Führungsgröße den Ist-Wert, so tritt an einem ersten Ausgang des Diskriminators ein Steuersignal auf, das dem Betrage der Differenz entspricht und, dem steuerbaren HF-Generator 19 zugeführt, dessen Amplitude bestimmt. Der HF-Generator speist die als induktiv wirksame Heizspule ausgebildete Heizvorrichtung 21, welche den Probekörper 20 umfaßt und diesen entsprechend der Amplitude des HF-Generators beheizt. Übersteigt dagegen der Ist-Wert die Führungsgröße, so bewirkt der Diskriminator 18 ein weiteres Steuersignal, das über den Verstärker 9 die Einstellung des Ventils 8 bewirkt, das in einer Verbindungsleitung zwischen einem Kühlmittelbehälter 7 und dem die Kühlmittelzufuhr bewirkenden Rohr 31 angeordnet ist, so daß in diesem Falle in Abhängigkeit von den der Regelstufe 14 zugeführten Werten der Kühlmittelfluß bestimmt wird. Zur Verbesserung der Steuereigenschaften ist der Ausgang der Steuervorrichtung 16 mit dessen Eingang über einen Mitkopplungskreis 10 verbunden.

Der Probekörper 20 ist einseitig abgestützt; sein freies Ende überträgt Dehnungen über eine Quarzröhre 22 auf einen Detektor 23, der die Dehnung in elektrische Signale umwandelt und der ermittelten Dehnung entsprechende Signale dem Doppel-Registrierinstrument 24 zuführt, das als Zweikurven-Schreiber ausgebildet sein kann. Der zweite Eingang des Doppel-Registrierinstruments wird vom Wärmefühler beaufschlagt, so daß bei in definierter zeitlicher Relation ablaufendem Registrierstreifen des Registrierinstruments 24 selbsttätig der zeitliche Verlauf sowohl der Dehnung als auch der jeweils zugehörigen Temperatur des Probekörpers aufgezeichnet werden.

Der Hochfrequenzgenerator 19 sowie die von ihm gespeiste Heizvorrichtung 2Ϊ werden zweckmäßig mit einer relativ hohen Frequenz , beispielsweise zwischen 1OkHz und 1 MHz betrieben; eine Steuervorrichtung geringer Ansprechzeit erlaubt die schnelle Änderung der Ausgangsamplitude bzw. der der Heizvorrichtung 21 zugeführten Leistung. Die Temperaturvorgabevorrichtung 11 wird zweckmäßig von einer nicht dargestellten Bezugsspannungsquelle gespeist und bildet die Führungsgröße in einem mehrelementigem Netzwerk. Der Zeitgeber 12 bestimmt die Aufheiz- bzw. Abkühlungsgeschwindigkeit; er kann mit einem digitalen Zählkreis ausgestattet sein, welcher in seinem Zählbzw. Betätigungszyklus so einstellbar ist, daß Zeitintervalle von beispielsweise 3 Sekunden bis 20 Stunden einstellbar sind.

Einzelheiten einer beispielhaft ausgeführten Halterung des Probekörpers 20 in Verbindung mit der auf ihn einwirkenden Heiz- und Kühlvorrichtung sowie der Detektorvorrichtung sind in F i g. 6 dargestellt. Der aus dem zu untersuchenden Metall bestehende Probekörper 20 ist in einer einseitig geschlossenen Quarzröhre 27 gehalten, die mit seitlichen Schlitzen 26 ausgestattet ist. Das eine Ende der Probekörpers stützt sich auf den Boden 28 der Quarzröhre 27 ab, während das andere Ende an der Quarzröhre 22 anliegt, die in der Röhre 27 verschiebbar gehalten ist und an ihrem freien Ende den mit der Spule 45 zusammenwirkenden Kern 43 der im Ausführungsbeispiel als Differentialtransformator ausgebildeten Detektorvorrichtung 23 aufweist. Der Aufnahmebereich der Quarzröhre 27 ist von der Heizspule

29 der Heizvorrichtung 21 umgeben. Die Windungen der Heizspule 29 sind mit einem der Kühlmittelzufuhr dienenden Rohr 31 verbunden, das auf das Quarzrohr 27 bzw. dessen Schlitze 26 weisend Austrittsöffnungen

30 aufweist. Mit dem Probekörper 20 in Kontakt steht ein als Wärmefühler 25 vorgesehenes Thermoelement,

Quarzrohres ab und verschiebt bei infolge der Aufheizung auftretenden Längenänderungen eine Tauchspiile im Felde eines Permanentmagneten, so daß in der Spule eine der Verschiebegeschwindigkeit proportionale Spannung induziert wird und mittels empfindlicher In^ strumente anzeigbar ist. Die Aufheizung läßt sich zwar empirisch einstellen, vorgegebene Temperaturen aber lassen sich nicht ohne weiteres erreichen und einhalten. Zwar läßt sich die Längenänderung selbst erfassen, exakte Unterlagen über das Verhalten des Probekörpers aber werden nicht gewonnen, da die Meßanordnung auf sehr langsame Änderungen nicht anspricht. Eine schnelle Abkühlung läßt sich wegen der Wärmekapazität des Ofens sowie des umhüllenden Quarzrohres nicht erzielen.

Um Probekörper nach Belieben langsam oder kurzfristig aufzuheizen oder abzukühlen, wurde ein Verfahren bekannt, nach dem der Probekörper ständig der Einwirkung eines Kühlmittelstromes und eines elektromagnetischen Wechselfeldes ausgesetzt wird, wobei Kühl- und Heizleistung im Sinne eines vorgegebenen Aufheiz- und Abkühlprogramms aufeinander abgestimmt werden. Der konstant fließende Kühlmittclstrom wird hierbei so stark gewählt, daß trotz Beheizung des Probekörpers praktisch keine Temperaturerhöhung im Kühlmittel eintritt. Bei der praktischen Ausführung der nach diesem Verfahren arbeitenden Einrichtung ist der Probekörper, von einem Halter getragen, frei im Kühlmittelstrom vorgesehen, so daß Probekörper definierter Form, Abmessung und gegebenenfalls gleicher Oberflächenbeschaffenheit erforderlich werden, wenn reproduzierbare Ergebnisse gewonnen werden sollen. Eine exakte Überwachung der Länge des Probekörpers dürfte auf große Schwierigkeiten stoßen, und durch axiale Auflage- oder Tastflächen würde die axiale Kühlströmung stark gestört. Insbesondere durch den ständig fließenden Kühlmittelstrom aber werden sowohl außerordentlich große Heizleistungen erforderlich als auch Wärmemengen im Kühlmittel abgeführt, so daß die Verwendung der Einrichtung kritisch wird und an das Vorhandensein besonderer Anschlüsse gebunden ist.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche es gestattet, sowohl hinsichtlich ihres Betrages als auch ihres zeitlichen Ablaufes vorgegebene Temperaturänderungen exakt durchzuführen, und die bei einfachen Anschluß- und Bedienungsmöglichkeiten exakt auswertbare Unterlagen liefert.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Probekörper einseitig aufgelegt ist und den Kern einer Dehnungsmeßvorrichtung abstützt, daß die Steuervorrichtung eine auf eine vorgegebene Endtemperatur einstellbare Temperaturvorgabevorrichtung aufweist, die unter Einwirkung eines ebenfalls einstellbaren Zeitgebers einer das Ausgangssignal des Wärmefühlers als Ist-Wert aufnehmenden Regelstufe eine Führungsgröße vorgibt, und daß bei Unterschreiten der Führungsgröße durch den Ist-Wert ein die Heizvorrichtung speisender HF-Generator auf eine dem Betrage der auftretenden Differenz entsprechende Amplitude geführt wird, während beim Überschreiten die Regelstufe das Einsetzen des Kühlmittelflusses bewirkt. Sowohl dem Wärmefühler als auch der Dehnungsmeßvorrichtung wird vorteilhafterweise jeweils ein Eingang eines Doppel-Analog-Registrierinstrumentes nachgeordnet, so daß der zeitliche Verlauf sowohl der von der Detektorvorriohttmr ermittelten Dehnung als auch der des Temperaturganges des Probekörpers registriert werden.

Bewährt hat es sich, die Heizspule der Heizvorrichtung ein zur Aufnahme der Probekörper vorgesehenes Quarzrohr umschließen zu lassen, das im Aufnahmebereich seitlich Schlitze zum Eintreten des Kühlmittels aufweist. Die Zufuhr des Kühlmittels erfolgt zweckmäßig durch ein Rohr, das mindestens jeweils den Schützen des Quarzrohres gegenüberliegend Austrittsöffnungen aufweist. Dieses Rohr wird parallel zu den Windüngen der Heizvorrichtung, vorzugsweise innerhalb der Windungen, geführt und kann entlang der Windungen mit der Heizspule verbunden sein.

Als nachahmenswert wurde gefunden, einen der Schlitze des Quarzrohres bzw. im Falle der Verwendung nur eines Schlitzes diesen mit einer den Außendurchmesser des Probekörpers überschreitender Breite auszuführen, so daß der Probekörper seitlich in den Aufnahmebereich des Quarzrohres einführbar ist.
• Als vorteilhaft wurde erkannt, die Meßanordnung in einer mit einer Vakuumpumpe verbundenen Vakuumkammer anzuordnen. Als empfehlenswert wurde erkannt, den verstellbaren Kern der Detektorvorrichtung innerhalb der Vakuumkammer bzw. eines mit dieser verbundenen Raumes anzuordnen, während die mit ihm zusammenwirkenden Spulen der Detektorvorrichtung, durch eine zylindrische Wand getrennt, außerhalb derselben vorgesehen sind.

Bewährt hat es sich, das Quarzrohr und/oder die Heizvorrichtung höhenverstellbar zu halten, so daß zum Einbringen eines Probekörpers der breite Schlitz des Quarzrohres freigegeben wird.

Als nachahmenswert wurde erkannt, die Probekörper im wesentlichen zylindrische derart auszubilden, daß an die Grundfläche des Grundzylinders anschließend kurze ring- bzw. rohrförmige Ansätze auftreten, deren Außendurchmesser dem des Zylinders entsprechen. Diese Form läßt sich beispielsweise durch Stauchvorgänge aus Probedrähten leicht erstellen, und sie sichert eine gleichförmige Erwärmung des Probekörpers. Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung an Hand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses erläuternden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt hierbei

F i g. 1 im Diagramm die Abhängigkeit zwischen Dehnung und Temperatur bei der Erwärmung von Stahl,

F i g. 2 eine Abkühlungsumwandlungskurve von Stahl,

F i g. 3 eine isothermische Umwandlungskurve von Stahl,

F i g. 4 eine Umwandlungskurve,
F i g. 5 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zur Durchführung metallkundlicher Untersuchungen,

F i g. 6 geschnitten und abgebrochen ein einen Probekörper enthaltendes Quarzrohr mit Teilen einer Heiz-, Kühl- und Detektorvorrichtung,

F i g. 7 einen Schnitt durch die in einer Vakuumkammer angeordnete Meßvorrichtung,

F i g. 8 die perspektivische Ansicht des unteren Teiles des Probekörpers aufnehmenden Quarzrohres mit einem Schnitt entlang der Linien b-ti

F i g. 9 die Aufsicht sowie einen Längsschnitt eines Probekörpers,

F i g. 10 ein Temperatur-Zeitdiagramm und
F i g. Π eine mit der Einrichtung nach F i g. 5 bis 8 gewonnene isothermale Umwandlungskurve eines Probekörpers nach F i g. 9.

Zur Durchführung von Wärmebehandlungen von

dessen Anschlußdrähte im Ausführungsbeispiel der F i g. 6 durch das Quarzrohr 22 und eine Öffnung desselben herausgeführt sind. Sowohl die Heizspule 29 als das Rohr 31 sind so ausgebildet, daß eine homogene Erwärmung bzw. Abkühlung des Probekörpers erreicht wird.

Eine praktische Ausbildung der gesamten Meßvorrichtung ist in F i g. 7 gezeigt. Die wesentlichen Teile der Meßanordnung sind in einer Vakuumkammer 32 angeordnet, die mittels einer an den Ansatz 47 angeschlossenen, nicht dargestellten Vakuumpumpe evakuierbar ist. An ihrer oberen Begrenzungsfläche ist die Vakuumkammer 32 mit einem einen zylindrischen Aufsatz 34 abstützenden Flansch 33 ausgestattet. Mit dem zylindrischen Aufsatz ist durch ein Gewinde der Stellzylinder 35 verbunden, der seinerseits mit einem Ansatz 36 in eine Nut des Gehäuses 37 der Detektorvorrichtung 23 greift, so daß durch Drehen des Stellzylinders 35 das Gehäuse 37 axial verschoben wird,, purch eine Dichtung 38 sind der Zylinderaufsatz 34 und das Gehäuse 37 hermetisch abgedichtet.

Das Gehäuse 37 wird nach unten durch eine Platte 39 abgeschlossen, die eine Abstützung 40 aufweist, die ihrerseits mit der Quarzröhre 27 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Ausdehnung des Probekörpers 20 übertragende Quarzröhre 22 durch eine Stange 42 verlängert, die durch eine Bohrung 41 der Platte 39 faßt und den Kern 43 der als Differentialtransformator ausgebildeten Detektorvorrichtung 23 trägt. Der Kern 43 ist von einer nach oben abgeschlossenen zylindrischen Wand 44 umfaßt, so daß im umschlossenen Raum das gleiche Druckpotential herrscht wie in der Vakuumkammer. Die Spulen 45 des Differentialtransformators sind mittels der Schraube 46 axial einstellbar auf üblichem Druckpotential gehalten, um Deformationen, Beanspruchungen od. dgl. der Spulen während des Evakuierens auszuschließen. Das untere Ende der Quarzröhre 27 zeigt einen seitlichen eingeschobenen Probekörper 20; zum Eingringen des Probekörpers ist die Heizspule 29 gegenüber dem Aufnahmebereich der Quarzröhre axial verschoben; das in F i g. 6 gezeigte, dem Kühlmittelzufluß dienende Rohr ist in F i g. 7 nicht dargestellt worden.

In Fig. 8a ist vergrößert perspektivisch der untere Teil der Quarzröhre 27 gezeigt, und in Fig. 8b ist der Schnitt entlang der Ebene b-b' dargestellt. Der Schaft 48 der Quarzröhre 27 weist am unteren, als Aufnahmebereich für Probekörper ausgebildeten Ende Ausnehmungen 26 auf, die so ausgebildet sind, daß von den Seitenwänden nur die Stege 49 und 50 stehengeblieben sind. Nach unten sind die Stege durch den Boden 28 abgeschlossen, der eine Ausnehmung 51 zur Aufnahme eines Thermoelements bzw. von dessen Ableitungen aufweist. Die Ausnehmungen 26 erlauben es, Probekörper seitlich in den Aufnahmebereich der Quarzröhre 27 einzubringen. Gleichzeitig erlauben sie beim Einspritzen eines Kühlmittels einen innigen Kontakt mit dem Probekörper.

Eine bevorzugte Form für in der Einrichtung zu prüfende Probekörper ist an Hand der F i g. 9a und 9b erläutert, von denen die Fig.9a eine Aufsicht und F i g. 9b einen Längsschnitt durch einen Probekörper 20 darstellen. Der Probekörper weist einen im wesentlichen zylindrischen Grundkörper 54 auf, der als Abschnitt eines Drahtes erstellt sein kann. Die Enden des Probekörpers enthalten beispielsweise eingepreßte Ausnehmungen 52 und 53, so daß an beiden Enden ein rohrförmiger Ansatz entsteht. Die obere Vertiefung 52 dient der Aufnahme des Quarzrohres 22 und überträgt die Ausdehnung auf die Detektorvorrichtung, während die rohrförmigen Ansätze 55 bei der Erwärmung, aber auch bei der Abkühlung für eine gleichmäßige Temperatur des Grundkörpers 54 Sorge tragen.

Zum Betriebe wird durch ein in F i g. 7 nicht gezeigtes Fenster des Vakuumgefäßes 32 ein Probekörper 20 in den Aufnahmebereich der Quarzröhre 27 eingebracht. Nach Evakuieren des Vakuumgefäßes wird der

ίο Stellzylinder 35 verdreht, bis der Aufnahmebereich der Quarzröhre 27 und damit der Probekörper 20 innerhalb der Heizspule 29 stehen. Durch Einstellung der Schraube 46 werden die Wicklungen der Spule 45 des Differentialtransformators auf den Kern 43 ausgerichtet.

Zum Anfahren einer gewünschten Temperatur wird diese der Temperaturvorgabevorrichtung 11 vorgegeben und der Zeitgeber 12 auf die Dauer der gewünschten Heizperiode eingestellt. Die Temperaturvorgabevorrichtung gibt nunmehr eine Führungsgröße ab, die, ausgehend vom zuletzt eingehaltenen bzw. eingestellten Wert, sich unter Einfluß des Zeitgebers auf die anzufahrende Temperatur hin ändert. Beim Auswandern der Führungsgröße treten Differenzen zwischen ihr und dem Ist-Wert auf, die jeweils eine Aufheizung des Probekörpers bewirken, welche diese Differenz zum Verschwinden bringt. Hierdurch ist es möglich, in beliebigen, beispielsweise zwischen 3 Sekunden und 20 Stunden liegenden Zeiten beliebig vorgebbare Temperaturen anzufahren.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Einrichtung erlaubt nicht nur die Vorgabe einer Endtemperatur sowie eines Zeilintervalls; durch Vorgabe mehrerer Wertpaare kann eine Anzahl von Perioden, in denen Temperaturintervalle durchlaufen bzw. Temperaturen konstant gehalten werden, nacheinander durchfahren werden. Insbesondere beim Konstanthalten von Temperaturen über längere Zeiten bewährt sich die Evakuierung der Vakuumkammer. Andererseits kann zur Erzielung kurzer Abkühlungszeiten, beispielsweise über einen weiten Temperaturbereich innerhalb von 3 Sekunden, durch die Austrittsöffnungen 30 der Kühlvorrichtung ein Kühlmittelfluß von beispielsweise Kühlluft, -wasser od. dgl. bewirkt werden. Da der Kühlmittelverbrauch nur gering ist, kann auch beispielsweise Stickstoff. Kohlendioxid, Wasserstoff oder ein ähnliches Gas verwendet werden. Um bei schnellen Temperaturänderungen folgen zu können, müssen die Ansprechgeschwindigkeiten der Regelorgane, insbesondere der Steuervorrichtung 16, entsprechend hoch gewählt werden. Um ohne Überschwingen stetig von einer starken Temperaturänderung auf eine konstante Temperatur überzugehen, wird durch den Mitkopplungskreis 10 eine Korrektur vorgenommen, indem beim Abkühlvorgang bei Annäherung an die gewünschte konstante Temperatur der Kühlmittelfluß bereits entsprechend gedrosselt bzw. unterbunden wird.

Der Betrag, der durch diesen Mitkopplungskreis 10 erzielbaren Kopplung beträgt im allgemeinen 100%. Das stabile Arbeiten des Systems wird durch besonders kurze Zeitkonstanten gesichert. So wird jedes verzögerte Element, wie beispielsweise Filterkreise od. dgl., vermieden, und zur weiteren Beschleunigung wird an Stelle einer Gleichspannung oder der üblichen Netzfrequenz eine höhere Frequenz, beispielsweise im Bereiehe von 400 bis 1000 Hz zur Speisung der Regelstufe bzw. des Modulators gewählt, um besonders kurze Ansprechzeiten zu erreichen.
Soll beispielsweise entsprechend F i g. 10 die Abhän-

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gigkeit zwischen Wärmzeiten t und der Temperatur T dargestellt werden, so werden einzelne Intervalle entsprechend Ti₁ ή; Τι, η usw. der Temperaturvorgabevorrichtung 11 sowie dem Zeitgeber 12 vorgegeben, so daß der der Erwärmung unterzogene Probekörper in Übereinstimmung mit der Kurve 0 erwärmt und abgekühlt wird.

F i g. 11 zeigt ein weiteres Arbeitsbeispiel, bei dem durch Messung der Umwandlungscharakteristika von Stahl der Verlauf der isothermischen Umwandlungskurve ermittelt werden kann. Als Abszisse ist die Zeit t gewählt, während die Ordinate die Aufwärmtemperatur Tsowie das Maß der Dehnung D darstellt. Die Abhängigkeit zwischen Aufwärmzeit t und Aufwärmtemperatur T ist in der Kurve 3 veranschaulicht, während die Kurve 4 das Verhältnis zwischen der Zeit t und der Dehnung D des Probekörpers anzeigt. Die Kurven 3 und 4 sind gleichzeitig innerhalb eines Meßvorganges durch zwei Schreibfedern des in F i g. 5 dargestellten Doppel-Analog-Registrierinstruments aufgezeichnet werden. Der Punkt 5 der Kurve 3 zeigt den Einsatz^3er Kühlung, nachdem der Probekörper zunächst auf einer Temperatur von 950⁰C gehalten wurde, und am Punkt 6 ist der Kühlvorgang beendet: Der Probekörper wird von hier an auf einer konstanten Temperatur von 600° gehalten. Die Abkühlung erfolgt in der relativ kurzen Zeit von 3 Sekunden, die durch die in F i g. 5 schematisch dargestellte Einrichtung leicht eingehalten werden kann. Ein Überschwingen wird durch vorzeitige Drosselung des Kühlmittelzuflusses im Punkte P bewirkt. Die hohe Kühlgeschwindigkeit läßt sich erreichen, ohne daß die Genauigkeit der Temperaturregelung leidet, die es erlaubt, eingestellte Temperaturen innerhalb eines Toleranzbereiches von ±1°C zu halten. Die mit diesem Aufheizungs- bzw. Abkühlungsprozeß verbundene Dehnung des Probekörpers ist in der Kurve 4 aufgezeichnet. Die Kurve läßt deutlich erkennen, wie bei der konstanten Temperatur von 600° die Umwandlung im Punkte 1 beginnt und im Punkte 2 endet. Das Beispiel der F i g. 11 zeigt deutlich, wie einfach die einander entsprechenden Aufzeichnungen praktisch selbsttätig nebeneinander zu gewinnen sind. Die Leistung der gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung ist nicht auf diese Kurven beschränkt; so können beispielsweise kontinuierliche Abkühlungsumwandlungskurven, isothermische Umwandlungskurven und allgemeine Umwandlungskurven aus der gleichen Einrichtung gewonnen werden. Sie erlaubt bei geringem Leistungssowie Kühlmittelaufwand das exakte Durchfahren auch äußerst starke und schnelle Temperaturänderungen aufweisender Wärmeprogramme, so daß beliebig vorgegebene Programme innerhalb enger Toleranzen realisierbar sind und durch die stetige Erfassung der Dehnung laufend Meßergebnisse gewonnen und fixiert werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Durchführung metallkundlicher Untersuchungen, in der ein Probekörper mit einem ihm zuordenbaren Wärmefühler und unter Einwirkung einer Steuervorrichtung mit einer dieser nachgeordneten induktiven Heizvorrichtung sowie einer Kühlvorrichtung entsprechend einem einstellbaren Programm zeitlich definiert vorgegebene Temperaturen durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper (20) einseitig aufgelegt ist und den Kern (43) einer Dehnungsmeßvorrichtung (23) abstützt, daß die Steuervorrichtung (Fig. 5) eine auf eine vorgegebene Endtemperatur einstellbare Temperaturvorgabevorrichtung (11) aufweist, welche unter Einwirkung eines ebenfalls einstellbaren Zeitgebers (12) einer das Ausgangssignal des Wärmefühlers (25) als Ist-Wert aufnehmenden Regelstufe (14) eine Führungsgröße vorgibt, und daß pc\ Unterschreiten der Führungsgröße durch den Ist-Wert ein die Heizvorrichtung (21) speisender HF-Generator (19) auf eine dem Betrage der auftretenden Differenz entsprechende Amplitude geführt wird, während beim Überschreiten die Regelstufe das Einsetzen des Kühlmittelflusses bewirkt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmefühler (25) sowie der Dehnungsmeßvorrichtung (23) je ein Eingang eines Doppel-Analog-Registrierinstrumentes (24) nachgeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizspule der Heizvorrichtung (21) ein zur Aufnahme der Probekörper (20) vorgesehenes Quarzrohr (27) umschließt, das im Aufnahmebereich seitlich Schlitze (26) zum Eintreten des Kühlmittels aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Windungen der Heizvorrichtung (21) vorzugsweise innerhalb der Windungen parallellaufend ein die Zufuhr des Kühlmittel bewirkendes, mindestens jeweils den Schlitzen (26) gegenüberliegend Austrittsöffnungen (30) aufweisendes Rohr (31) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (31) und die Heizvorrichtung (21) entlang der Windungen miteinander verbunden sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. einer der Schlitze (26) des Quarzrohres (27) mit einer den Außendurchmesser der Probekörper (20) überschreitenden Breite ausgeführt ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung in einer mit einer Vakuumpumpe verbundenen Vakuumkammer (32) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Kern (43) der Dehnungsmeßvorrichtung (23) innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist, während die mit ihm zusammenwirkenden Spulen (45), durch eine zylindrische Wand (44) getrennt, außerhalb derselben vorgesehen sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzrohr (27) und/oder die Heizvorrichtung (21) höhenverstellbar gehalten sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper (20) zylindrisch ausgebildet ist und an die Grundflächen des Zylinders' anschließend kurze ring- bzw. rohrförmige Ansätze aufweist, deren Außendurchmesser dem des Zylinders entsprechen.