DE2147297B2 - - Google Patents

Description

dem anderen Ende eine niedrige Temperatur aufweist, dessen Temperaturverteilung bei stationärer Wärmeströmung zur Bestimmung von thermischen Konstante verwendet wird, wobei durch die Formgebung des wärmeleitenden Körpers und beziehungsweise oder die Auswahl des Metalles für den wärmeleitenden Körper beziehungsweise durch Ausbildung dor als Wärmequelle verwendeten Heizvorrichtung sowie gegebenenfalls durch Verwendung von Kühlelementen ein annähernd lineares Temperaturgefälle vorhanden ist durch welches mit Hilfe eines eichfähigen Maßstabes die Temperatur ah jeder einzelnen Stelle der Heizbank bestimmbar ist bekannt

Weiterhin ist es aus der belgischen Patentschrift 676310 bekannt, eine Betonprobe einer inhomogenen Temperaturverteilung zu unterwerfen und die mechanische Verformung beziehungsweise Spannung in Abhängigkeit von der erstenen zu ermitteln.

Difc letztgenannten beiden Veröffentlichungen haben aber weder zu einem Herstellungsverfahren noch zur Metallurgie irgendeine Beziehung. Demzufolge wird auch nicht das Optimum oder die optimale Kombination und der Bereich der zufriedenstellenden Kombinationen beziehungsweise der Grenzwerte dieser Bereiche der der (den) interessierenden Materialeigenschaften) zugehörigen Herstellungsparameter ermittelt Außerdem wird nur eine Inhomogenität in nur einer Richtung erzeugt

Es handelt sich in der deutschen Patentschrift 815 706 auch nicht um die Beeinflussung von Werkstoffeigenschaften durch inhomogene Beanspruchungen und Untersuchung der durch solche erhaltenen Werkstoffeigenheiten als Funktion der inhomogenen Beanspruchungen, sondern um durch eine jeweils mittels einzelner Proben für einzelne Temperaturen an einzelnen Stellen der Heizbank durch getrennte Arbeitsgänge erhaltene Eichung eines Gerätes zur leichteren Registrierung von Temperaturwerten.

Speziell bezüglich der belgischen Patentschrift 676 310 ist über das bereits Gesagte hinaus festzustellen, daß in der belgischen Patentschrift 676 310 auch keine Rede von einer Untersuchung der mit einem metallurgischen Herstellungsverfahren, dessen günstigste Bedingungen zu ermitteln sind, erzielenden Materialeigenschaft(en) als Funktion von erzeugten Inhomogenitäten ist Auch ist keine Möglichkeit zur Messung oder gar stetigen Messung von Bereichen gegeben, indem die Meßeinrichtungen ortsfest d.h. nicht verschiebbar angeordnet sind, so daß die Erfassung eines Bereiches beziehungsweise der Grenzwerte eines solchen schlechthin nicht möglich ist Außerdem stehen die in dieser Veröffentlichung vorkommenden Parameter, nämlich die mechanische Verformung beziehungsweise Spannung und die Temperatur, in engem Zusammenhang, indem die mechanische Verformung beziehungsweise Spannung von der Temperatur abhängt und dies kann auch nicht durch Verminderung der Temperaturinhomogenität ausgeschaltet werden. Mit anderen Worten kann die Spannungsinhomogenität ohne Temperaturinhomogenil ät nicht Zustandekommen. Demgemäß kann die Lehre der belgischen Patentschrift 676 310, die auf Beton, also auf ein ganz anderes Material als die in der Metallurgie verwendeten Materialien, beschränkt ist, nicht auf andere Gebiete, geschweige denn auf die Feststellung der günstigsten Bedingungen von metallurgischen Herstellungsverfahren angewandt werden.

Ferner ist in der deutschen Patentschrift 685 513 eine

Vorrichtung zum Erhitzen von Werkstoffprobestäben, die auf einer Prüfmaschine unter erhöhter Temperatur einer Dauerprüfung unterzogen werden sollen und mit einem am Stab anliegenden Wärmeausgleichmantel umgeben sind, wobei der Wärmeausgleichmantel derart gebaut ist, daß die Wärmeabgabe in der Mitte des Probestabes, der durch Hindurchleiten eines Wechselstroms niederer Spannung und hoher Stromstärke erhitzt wird, stärker ist als an den Enden, beschrieben.

ίο Aus der deutschen Patentschrift 867 456 ist eine Vorrichtung zur Durchführung von Zeitstandprüfungen, bei weichen der Prüfstab lange Zeit innerhalb eines Ofens unter Belastung steht wobei in einem Ofen eine Anzahl von Prüfstäben beliebig nebeneinander eingesetzt sind, von denen jedem ein Belastungssystem zugeordnet ist bekannt Weiterhin ist in der deutschen Patentschrift 848 275 eine Meßeinrichtung für Warmzug- und Dauerstandversuche, bei welcher die die Längenänderung des Probestabes übertragenden Meßschienen derart ausge bildet sind, daß der Temperaturverlauf in der Längs richtung bei beiden Meßschienen eines Meßschienenpaars derselbe ist beschrieben.

Mit den letztgenannten drei bekannten Vorrichtungen erfolgen aber keine inhomogenen Beanspruchun- gen. Auch erfolgen die Beanspruchungen nicht in verschiedenen Richtungen. Sie haben alle den erheblichen Nachteil, daß mit einer Versuchsprobe nur die Längenänderung bei einer einzigen Temperatur beziehungsweise bei einer einzigen Temperatur und einzigen BeIa- stung zu ermitteln ist Dabei wird keine Werkstoffeigenschaft beeinflußt und an Hand dieser eine Werkstoffprüfung durchgeführt sondern nur die selbsttätige Einstellung einer einzigen Werkstückdimensionsänderung (Längenänderung) bei und in Abhängigkeit von einer festgelegten konstanten Beeinflussung (Temperatur beziehungsweise Temperatur und Belastung) untersucht

Schließlich ist aus der deutschen Patentschrift 558 091 ein Verfahren zur Bestimmung der Kriechfe stigkeit bei welchem durch thermische Verlängerung und Verkürzung des mit der Prüflast belasteten Prüfstabes in engen Grenzen die Temperatur des den Prüfstab heizenden Ofens selbsttätig gesteuert wird und dabei die unter der Belastung durch Kriechen zusätzlich eintretende Verlängerung des Prüfstabes die Ofentemperatur allmählich so fallen läßt daß sich die zu der angebrachten Last als Kriechgrenze gehörende Temperatur selbsttätig einstellt bekannt. Bei diesem Verfahren des Standes der Technik erfolgen aber wieder-

5c um keine inhomogenen Beanspruchungen und keine Beanspruchungen in verschiedenen Richtungen. Auch besteht wiederum der erhebliche Nachteil, daß durch einen Versuch die Kriechgrenze nur bei einer einzigen Last zu ermitteln ist Dabei wird auch bei diesem be kannten Verfahren keine Werkstoffeigenschaft beein flußt und an Hand dieser eine Werkstoffprüfung durchgeführt, sondern nur die selbsttätige Einstellung eines einzigen Werkstoffparameters (Kriechtemperatur) bei und in Abhängigkeit von einer festgelegten konstanten

Beeinflussung (Last) untersucht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rationelleres, schneileres und genaueres Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Feststellung derjenigen Bedingungen bei metallurgischen Herstellungsverfah ren, welche hinsichtlich der von ihnen abhängigen Materialeigenschaften der zu erzeugenden Werkstoffe am günstigsten sind, und zwar nicht nur mii der Möglichkeit der Feststellung des Optimums, sondern auch

der optimalen Kombination und des vollständigen Bereiches der Werte der zufriedenstellenden Kombinationen von mehreren Werkstoffeigenschafts- und damit Herstellungsparametern einschließlich der Grenzwerte dieser Bereiche, wobei der Spielraum beliebig dehnbar ist, unter Verwendung von einem Mindestmaß an Versuchsmaterial und Energie vorzusehen.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Feststellung des Werkstoffverhaltens eines nach einem metallurgischen Verfahren herstellbaren Werkstoffes zur Optimierung bestimmter Materialeigenschaften unter Anwendung mechanischer und thermischer Beanspruchungen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Werkstoffeigenschaften durch gleichzeitige oder zeitlich nacheinander erfolgende Erzeugung inhomogener mechanischer und/oder thermischer Beanspruchungen in voneinander unabhängigen Richtungen einmal oder wiederholt beeinflußt und untersucht werden.

Die Erfindung beruht nämlich auf der Feststellung, daß im Werkstoff, auf welchen das durch die Optimierung der Materialeigenschaften zu optimierende Verfahren angewandt werden soll in zwei oder drei verschiedenen Richtungen und dementsprechend bezüglich zwei oder drei verschiedener Parameter inhomogene mechanische und/oder thermische Beanspruchungen von konstanten oder unterschiedlichen Gradienten erzeugt werden und die Parameter, welche mit dem zu optimierenden Verfahren zusammenhängen, als Funktionen der erzeugten Inhomogenitäten untersucht werden.

Ferner wurde festgestellt, daß das gesuchte Optimum der Parameter durch ein- oder mehrmalige Verkleinerung des Betrages der inhomogenen Beanspruchungen in gleichbleibender Richtung besser als bisher angenähert werden kann.

Die Erfindung ist sehr überraschend, denn es bestand in den Fachkreisen der Metallurgie allgemein ein technisches Vorurteil bezüglich der Optimierung von metallurgischen Herstellungsverfahren, das darin bestand, daß es für nicht möglich gehalten wurde, die optimale Kombination und den vollständigen Bereich der Werte der zufriedenstellenden Kombinationen von mehreren metallurgischen Herstellungsparametern in exakter und kontinuierlicher Weise zu bestimmen. Gerade bei metallurgischen Herstellungsverfahren sind aber üblicherweise mehrere Parameter zu untersuchen. Durch die Erfindung wurde das diesbezügliche Vorurteil überwunden. Dabei gelang durch die Erfindung überraschenderweise die Bestimmung des Optimums and des für die Praxis mindestens genauso wichtigen vollständigen Bereiches der Werte der zufriedenstellenden Kombinationen von mehreren metallurgischen Herstelhmgsparametern einfach unter minimalem Aufwand an Energie, Versuchsmaterial und Geistesarbeit, wobei der Spielraum beliebig gedehnt werden kann.

Demgegenüber ist aus dem Stand der Technik kein Verfahren, mit dessen Hilfe das Optimum oder die optimale Kombination und die Bereiche der zufriedenstellenden Kombinationen beziehungsweise die Grenzwerte dieser Bereiche der der (den) interessierenden Materialeigenschaften) oder gar von solchen, welche Herstettungsparametern von metallurgischen Herstellungsverfahren zugehörig sind, bestimmt werden könnten, geschweige denn ein solches, welches dies in mathematisch stetiger und exakter Weise ermöglicht hätte, bekannt.

Die Erfindung bringt gegenüber dem Stand der

Technik insbesondere den erheblichen technischen Fortschritt mit sich, daß durch sie die Werkstoffuntersuchungsdauer außerordentlich verkürzt ist. So konnte eine Werkstoffuntersuchung, die nach den Verfahren des Standes der Technik mehrere Tage dauerte, erfindungsgemäß in I¹A Stunde durchgeführt werden. Hinzukommt noch, daß mit einer einzigen Probe von geringem Gewicht Untersuchungen, die nach dem Stand der Technik eine Unzahl von Proben mit in Tonnen

ίο gehenden Gewichten benötigten, durchgeführt werden können.

Als inhomogene mechanische Beanspruchung kann ein Walzen, Strecken oder anderes mechanisches Verformen durchgeführt werden.

Es ist zweckmäßig, die Inhomogenitäten im Werkstoff in voneinander um 90° abweichenden Richtungen zu erzeugen, da eine bestimmte Kombination der den Inhomogenitäten entsprechenden zwei oder drei Parameter somit jedem einzelnen Punkt des Probekörpers auf einfache Weise zugeordnet werden kann.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als mindestens eine Inhomogenität eine inhomogene Temperaturverteilung erzeugt. Die inhomogene Temperaturverteilung kann durch die Heizwirkung eines durch einen Probekörper mit unterschiedlichen Querschnitten hindurchgeleiteten elektrischen Stromes erzeugt werden. Dabei kann das Maß der Inhomogenität durch Veränderung der Form des Probekörpers beeinflußt werden.

Vielfach ist es vorteilhaft unter Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre zu arbeiten.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche durch eine Heizeinheit zur Erzeugung einer Temperaturverteilung von konstantem oder unterschiedlichem Gradienten innerhalb eines Probekörpers und gegebenenfalls eine weitere Heizeinheit zur Erzeugung einer gleichmäßigen oder in einer von der anderen Richtung abweichenden Richtung ungleichmäßigen Temperaturverteilung innerhalb des Probekörpers, die mit der erstgenannten Heizeinheit gleichzeitig betrieben werden kann, gekennzeichnet ist

Zweckmäßigerweise weist die erfindungsgemäßo Vorrichtung in weiterer Ausgestaltung ein Meßgerät beziehungsweise Meßgeräte zur Messung der Temperatur und/oder der Temperaturverteilung entlang des Probekörpers auf.

Nach einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Drähte ihrer Heizeinheiten in be zug auf den Probekörper bifllar angeordnet, d. h, daß ir der Symmetrieebene des Heizsystems, in welchem dei Probekörper angeordnet ist der resultierende magne tische Raum der Heizeinheiten (sowohl der homogei heizenden als auch der inhomogen heizenden Emhet ten) O ist

Bei einer zweckmäßigen zur Wärmebehandlunj eines Probekörpers mit unterschiedlichen Querschnit ten dienenden weiteren Ausgestaltungsform der Vor richtung ist ihre innerhalb des Probekörpers eine Tem peraturverteilung von konstantem oder unterschied!! chem Gradienten bewirkende Heizeinheit aus der Probekörper selbst mit unterschiedlichem Querschni' gebildet und sie enthält an beiden Enden des zu erhi zenden Probekörperabschnittes angeklemmte Stron zuführungea Gegebenenfalls ist auch ein Temperatu regler vorgesehen. Dabei wird für die Konstanthaltur der Temperatur von mindestens einer der Stromzi führungen Sorge getragen.

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Auf Grund der Tatsache, daß die Gradienten der inhomogenen Wärmebehandlungen beziehungsweise Verformungen innerhalb desselben Probekörpers mit bestimmten Winkeln, vorteilhaft 90°, zueinander ausgerichtet werden, können an einem einzigen Probekörper zahlreiche Wärmebehandlungs- und/oder Verformungspafameterkombinationen hergestellt werden. Da die jeweiligen Temperaturverteilungen beziehungsweise Verformungskenngrößen entlang der Gradienten durch entsprechende Messungen bestimmt werden können, kann die einem beliebigen Punkt des Probekörpers zugeordnete Parameterkombination mit Hufe eines an den Probekörper angepaßten Koordinatensystems, welches richtungs- und maßstabsgerechte Achsen, bezogen auf die Gradienten, hat. einfach abgelesen werden.

Die Genauigkeit des Verfahrens kann dadurch erhöht wenden, daß in den durch die Werkstoffprüfverfahren als wertvoll erachteten Bereichen das gleiche Verfahren bei Verminderung der absoluten Beträge der Gradienten an einem Probekörper, dessen Ausgangszustand mit dein des vorhergehenden identisch ist, wiederholt wird. Die Genauigkeit des Verfahrens wird dadurch gewährleistet, daß die einem einem praxisgerechten Verfahren entsprechenden Zustand zugehörigen Parameterkombinationen, d. h. die Fälle, in welchen die Wärmebehandlung und/oder Verformung als homogen anzusehen ist, beziehungsweise sind, methodisch mit beliebiger Genauigkeit angenähert werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Bestimmung der optimalen Wärmebehandlungsverfahren beziehungsweise kombinierten Wärmebehandlungs- und Verformungsverfahren von Blechen, Drähten, Rohren, Stäben und anderen Formen von beliebigem Material beziehungsweise Ausgangszustand mit Erfolg verwendet werden. Darüber hinaus kann das Verfahren für Materialprufungszwecke. zur Bestimmung der optimalen Eigenschaften von Legierungen mit mehreren Komponenten und zur Bestimmung von optimalen Verformungsgeschwindigkeiten und der optimalen Korrosions- und Wärmebeständigkeit sowie ferner des optimalen Herstellungsverfahrens von Überzugsschichten. Anwendung finden.

So konnte das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der optimalen Wärmebehandlungsverfahren von Stahlbändern. wie Transformator- und Fe/Ni-Bändern. mit Erfolg verwendet werden; mit seiner Hilfe wurde der Einfluß von Wärmebehandlungen auf die Gefügestruktur und Dekarbomsierung sowie die verschiedensten elektrischen, magnetischen, mechanischen und anderen Eigenschaften erfolgreich untersacht Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können zur Auswahl der Verfahren als Funktionen der Eigenschaften von Grandstoffen und Halbzeugen unterschiedlicher Qualität unter Erzielung von außerordentlichen wirtschaftlichen Vorteilen verwendet werden. Somit wird die Möglichkeit geschaffen, durch einfache inhomogene Wärme- und/oder Verformungsbehandlungen von Grundstoffen und Halbzeugen optimale Verarbeitungsverfahren zu erarbeiten.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden an Hand der folgenden nicht als Beschränkung aufzufassenden Beispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert Hierbei sind

F i g. 1 die schematische Darstellung einer zweckmä

ßigen erfindungsgemäßen Vorrichtung für inhomogene Wärmebehandlungen,

F i g. 2 die Seitenansicht einer anderen vorteilhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Temperaturgradienten,

Fig.3 eine Draufsicht der Vorrichtung nach Fig.2 und

F i g. 4 ein Blockschaltbild der Vorrichtung nach F i g. 2, welches die Zuordnung der einzelnen Einheiten ίο derselben zeigt.

Beispiel 1 In einer Vorrichtung nach Fig.! wird nach dem er-

is findungsgemäßen Verfahren ein aus Blech gefertigter Probekörper 3 einer inhomogenen Wärmebehandlung unterworfen, indem er durch stromzuführende Einspannklemmen 1, 2 in einen Heizstromkreis eingeschaltet wird. Die erste Temperaturverteilung entlang der Längsachse des Probekörpers 3, wobei die Richtung der Inhomogenität mit der Längsachse zusammenfällt, wird mit Hilfe eines Fühlthermoelements beziehungsweise Fühlthermometers 5, welches längs einer Skalenteilung 4 verschiebbar ist und mit dem

2s Probekörper 3 an jeder beliebigen Stelle der Längsachse in Berührung gebracht werden kann, gemessen. Durch einen Temperaturfühler 6 wird ein nicht dargestellter Temperaturregler gesteuert Die Temperaturverteilung kann selbstverständlich in beliebiger anderer Weise, beispielsweise durch Heißleiter beziehungsweise Thermistoren, Pyrometer, Wärmekreiden oder -farben, gemessen werden.

Der Probekörper 3 wird durch die Heizwirkung des durch ihn hindurchfließenden elektrischen Stromes er hitzt. wobei infolge der stetigen Verringerung der Brei te entlang seiner Längsachse eine inhomogene Temperaturverteilung erzeugt wird. Die stromzuführende Einspannklemme 1 wird durch Kühlen mittels strömenden Wassers auf einer konstanten Temperatur gehalten.

Die Berührungsstelle zwischen dem Probekörper 3 und

dem Temperaturfühler 6 kann auf eine mit einem dem

Temperaturregler systemeigenen Fehler einstellbare

bzw. stabilisierte beliebige Temperatur erhitzt werden.

Die Temperaturverteilung im Probekörper 3 zwi·

sehen zwei Punkten konstanter Temperatur hängt in einem evakuierten Raum lediglich von den Wärmeleitungs- und Wärmestrahlungsverhältnissen ab. So kanr beispielsweise die ideale Form eines aus Blech gefertigten Probekörpers für beliebige Inhomogenitäten au] rechnerischem Wege ermittelt werden.

Nach der beschriebenen inhomogenen Wärmebe handlung wurde der Probekörper 3 einer inhomogener Verformungsbehandlung und/oder weiteren inhomoge nen Wärmebehandlung in einer zur Richtung der vor hergehenden Wärmebehandlung senkrechten Richtung unterworfen.

Nach den obigen inhomogenen Behandlungen wur den Werkstoffeigenschaften des Probekörpers at Funktion des Beobachtungspunktes, d. h. der ihm züge hörigen Parameterkombinationen der erfolgten inho mogenen Beanspruchungen ermittelt

Die Vorrichtung nach F i g. 1 kann insbesondere zu Untersuchung des Einflusses bzw. der Einflüsse voi einfachen Wärmebehandlungen verwendet werden, be denen die gewünschten Wärmebehandlungstemperatu ren vorzugsweise mit hoher Aufheizgeschwindigkei erzielt werden sollen, wie es beispielsweise bei Rekri stallisationsuntersuchungen der Fall ist. Durch dies

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Vorrichtung konnten beispielsweise die optimalen Parameter für das Rekristallisationsglühen von z. B. aus Nickelblech hergestellten Probekörpern folgender Abmessungen mit Erfolg bestimmt werden: Länge: 208 mm; ausgenutzte Meßlänge: 150 mm; Blechstärke: 0,2 mm, wobei die Breitenabnahme des Probekörpers entlang seiner Längsachse von einem Wert von 30 auf 20 mm linear erfolgte. Die Temperatur des Probekörpers zwischen den stromzuführenden Einspannklemmen schwankte in einem auf einen Druck von 10~⁴Torr evakuierten Raum zwischen den Grenzwerten von 450 und 72O⁰C entlang seiner Längsachse. Die Inhomogenität der Temperatur wurde mit einem entlang der Probekörperlängsachse bewegten bzw. mit dem Probekörper stellenweise in Kontakt gebrachten Thermoelement gemessen. Die Temperaturabhängigkeit der Härte und des Gefüges innerhalb der oben angegebenen Temperaturgrenzen konnte am Probekörper mit einer Genauigkeit von größer als ±5° C bestimmt werden.

Von Forschungsgesichtspunkten aus für wertvoll erachtete Temperatur- und Verformungsbereiche können an einem Probekörper von gleichem Ausgangszustand in der Weise mit erhöhter Genauigkeit untersucht werden, daß die auf die Längeneinheit bezogene Inhomogenität der Temperatur durch Herabsetzung der auf die Längeneinheit bezogenen Breitenänderung des Probekörpers schrittweise verkleinert wird. Die optimale Wärmebehandlungstemperatur bzw. ihre zulässige Streuung können in dieser Weise mit beliebiger Genauigkeit angenähert bzw. ermittelt werden.

Femer konnten erfolgreiche Versuche durchgeführt werden, bei denen die Anzahl der durch das Verfahren gewinnbaren Informationen dadurch vervielfacht wurde, daß der in der oben beschriebenen Weise inhomogen wärmebehandelte aus Blech hergestellte Probekörper vor, zwischen und/oder nach den inhomogenen Wärmebehandlungs- bzw. Verformungsarbeitsgängen auch in einem Raum homogener Temperatur zusätzlich einer Wärmebehandlung bzw. einer homogenen Verformung unterzogen wurde.

Beispiel 2

Im folgenden werden an Hand der F i g. 2, 3 und 4 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche insbesondere zur Erzeugung von zahlreicher Kombinationen von Wärmebehandlungen bei zwei verschiedenen Temperaturen an aus Blech hergestellten Probekörpern gleicher Qualität und hierdurch (der Zielsetzung der Untersuchungen gemäß) zur methodischen und schnellen Ermittlung der optimalen Temperaturkombinationen bzw. der zulässigen Streuung der Wärmebehandlungstemperaturen geeignet sind, beschrieben.

Ein Probekörper 9 befindet sich innerhalb einer homogen heizenden Heizeinheit 7 und einer inhomogen heizenden Heizeinheit 8. Die Heizeinheit 7 ist an einen mit einem inneren Temperaturvergleichsglied versehenen, programmierbaren und von einem Temperaturfühler IO gesteuerten Temperaturregler £i angeschlossen, während die Heizemheit 8 mit einem von Temperaturfühlern 12,13 gesteuerten und programmierbaren Temperaturregler ß verbunden ist. Mit einem Temperaturfühler 14 und dem angeschlossenen Temperaturmeßinstrument M können die Temperaturwerte an jeder beliebigen Stelle entlang der Probekörperlängsachse gemessen werden.

Die Temperaturverteilung in Richtung der Längsach se des Probekörpers, welche von beliebiger Inhomoge njtät sein kann, wird durch überlagerte Betätigung de Heizeinheiten 7 und 8 erzeugt. Die Drähte der Heizein heiten 7 und 8 sind zweckmäßig in bezug auf die Eben« des Probekörpers bifilar angeordnet und bewirken ii der zum Temperaturgradienten senkrechten Richtunj eine homogene Temperaturverteilung.

ίο An einer mit A bezeichneten Stelle des Probekörper! 9 kann die Temperatur mit Hilfe des Temperaturreg lers Fi und der mit ihm verbundenen Heizkörper dei Heizeinheit 7 auf einen beliebigen Wert eingestell· werden. Zwischen den mit A und -S bezeichneten Stel len des Probekörpers kann mit Hilfe des Temperatur reglers £2 und der mit ihm verbundenen Heizeinheit t ein beliebiger Temperaturunterschied erzeugt werden Die Temperaturverteilung im Probekörper kann mittels des Temperaturfühlers 14 und des zugehöriger Temperaturmeßinstrumentes M aufgenommen werden Hierfür können selbstverständlich auch andere Mittel Anwendung finden.

Aus einem blechförmigen Versuchsmaterial wird ein zweckmäßigerweise quadratischer Probekörper 9 hergestellt, welcher in der aus den F i g. 3 und 4 ersichtlichen Weise in einem mit den Heizeinheiten 7 und 8 versehenen, vorteilhafterweise evakuierten oder mil einem Schutzgas gefüllten, Ofenraum untergebracht wird. Im Probekörper 9 wird in einer zu einer Seitenkante parallelen Richtung mit Hilfe der Temperaturregler £1 und £2 ein Temperaturgradient von beliebigem Betrag erzeugt.

Nach Ablauf der erwünschten Wärmebehandlungszeit wird der Probekörper 9 aus dem Ofenraum ent-

fernt, worauf er nach beliebiger Abkühlung um eine zu seiner eigenen Ebene senkrechten Achse vorzugsweise um 90° gedreht erneut in den Ofenraum von erwünschter Temperaiurverteilung eingebracht wird. In dieser Weise wird im Probekörper 9 eine bekannte inhomo· gene Temperaturverteilung in einer zu derjenigen der vorhergehenden Wärmebehandlung senkrechten Richtung erzeugt. Nach Beendigung der Wärmebehandlung kann der Probekörper 9 aus dem Oftnraum entfernt werden.

Infolge der zweifach erfolgten inhomogenen Wärmebehandlung können jedem einzelnen Punkt des Probekörpers sämtliche Temperaturkombinationen der beiden Wärmebehandlungen zugeordnet werden. Die den einzelnen Punkten zugehörigen Temperaturkombi-

nationen können mit Hilfe eines an den Probekörper angepaßten Koordinatensystems bestimmt werden. Auf die Achsen des Koordinatensystems werden die entlang der Temperaturgradienten gemessenen Temperaturverteilungen richtungs- und maßstabsgerecht

aufgetragen. Die einzelnen Temperaturkombinationen können als Schnittpunkte von zu den Richtungen der beiden Wärmebehandlungen parallelen Geraden, d. h. der Isothermen der Wärmebehandlungen ermittelt werden.

«ο Vor. während, zwischen und/oder nach den beiden oben beschriebenen Wärmebehandlungen kann der Probekö-per in einem Raum homogener Temperatarverteilung beliebig lang geglül.t und/oder beliebig verformt werden.

*5 Die Genauigkeit des Verfahrens kann dadurch weiter erhöht werden, daß der Betrag bzw. die Betragener auf die Ungeneinheit bezogenen Inhomogenität bzw. Inhomogenitäten verkleinert und das Verfahren an

einem Probekörper bzw. an Probekörpern von gleichem Ausgängszustand in den durch Materialprüfungen für Forschungszwecke als wertvoll festgestellten Bereichen wiederholt wird.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, welche zur Erzeugung einer großen Zahl von Wärmebehandlungs- und Verformungsparametern besonders geeignet ist, indem an einigen blechförmigen Probekörpern gleicher Qualität inhofnogene Wärmebehändlungen und geringfügige inhomogene (1 bis 10%) Verformungen vorgenommen werden.

Es wird ein blechförmiger Probekörper senkrecht zur Walzrichtung in veränderlichem Maße inhomogen verformt, wobei das Walzenpaar eines allgemein verwendeten Walzenstuhles an beiden Enden mit unterschiedlicher Kraft zusammengedrückt wird. Der Probekörper wird vor, während oder nach der inhomogenen Verformung in einer im Beispiel 2 beschriebenen Wärmebehandlungsvorrichtung inhomogen geglüht, und zwar in der Weise, daß die Richtung des Temperaturgradienten mit der des Gradienten der Verformungsinhomogenität einen in der Blechebene gemessenen Winkel von 90° bildet.

Nach Beendigung der obigen Folge von Arbeitsgängen werden die den mit Hilfe von Werkstoffprüfverfahren ermittelten für Forschungszwecke als wertvoll beurteilten Punkten bzw. Bereichen zugehörigen Kombinationen der Verformungs- und Wärmebehandlungsparameter unter Verwendung eines an den Probekörper angepaßten Koordinatensystems, auf dessen Achsen die für die Inhomogenitäten kennzeichenden Größen richtungs- und maßstabsgerecht aufgetragen worden sind, bestimmt.

s Die Genauigkeit des Verfahrens kann durch systematisch erfolgende Verkleinerung der Inhomogenitäten erhöht werden.

Der Probekörper kann vor, während, zwischen und/oder nach den inhomogenen Verformungs- und ίο Wärmebehandlungsarbeitsgängen auch beliebigen homogenen Glüharbeitsgängen bzw. Verformungen unterworfen werden.

Beispiel 4

Eine Ermittlung des Optimums der Wärmebehandlung oder des mit der Wärmebehandlung kombinierten Verformungsverfahrens bei Drähten, Rohren, Stangen oder Profilen kann durch das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchgeführt werden, daß solche Probekörper durch entsprechende Einspannvorrichtungen vorteilhaft in Form eines rechtwinkligen Gitters parallel nebeneinander eingespannt werden und die Behandlung des so gebildeten Gitters unter Beibehaltung der Reihenfolge der Gitterelemente im wesentlichen wie im Beispiel 3 beschrieben vorgenommen wird. Für eine inhomogene Verformung des Gitters müssen die einzelnen Gitterelemente herausgenommen werden, wonach jedes Gitterelement in unterschiedlichem Maße verformt (beispielsweise gestreckt bzw. gewalzt) und anschließend erneut in das Gitter eingefügt wird. Die Auswertung des Versuches "kann ebenfalls in der im Beispiel 3 beschriebenen Weise vorgenommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Feststellung des Werkstoffverhaltens eines nach einem metallurgischen Verfahren herstellbaren Werkstoffes zur Optimierung bestimmter Materialeigenschaften unter Anwendung mechanischer und thermischer Beanspruchungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Werkstoffeigenschaften durch gleichzeitige oder zeitlich nacheinander erfolgende Erzeugung inhomogener mechanischer und/oder thermischer Beanspruchungen in voneinander unabhängigen Richtungen einmal oder wiederholt beeinflußt und untersucht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als inhomogene mechanische Beanspruchung ein Walzen, Strecken oder anderes mechanisches Verformen durchführt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Werkstoff die Inhomogenitäten in voneinander um 90° abweichenden Richtungen erzeugt

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als mindestens eine Inhomogenität eine inhomogene Temperaturverteilung erzeugt

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß man die inhomogene Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung des Werkstoffverhaltens eines nach einem metallurgischen Verfahren herstellbaren Werkstoffes zur Optimierung bestimmter Materiaieigenschaftea Ferner ä betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist aus Roberts Hamaker Johnson, Tool Steels, 3rd Edition, American Society for Metals (!962), S. 605 bis 668 bekannt, daß die optimalen Eigenschaften eines

ίο Werkstoffes oder eines Erzeugnisses in der Regel innerhalb streng festgelegter Grenzen bestimmten Parametern zugeordnet sind. Diese Parameter werden beispielsweise im Hüttenwesen an einer Vielzahl von Probekörpern von gleichem Ausgangszustand durch zahl-

reiche Wärmebehandlungsversuche beziehungsweise durch mit einer Wärmebehandlung kombinierte Verformungsveniuche :n öfen verschiedener Temperatur und praktisch homogener Temperaturverteilung über verschiedene Zeiträume ermittelt Nach Durchführung

dieser Versuche werden die zahlreichen erhaltenen Probekörper unter Verwendung der allgemein bekannten Werkstolfprüfverfahren, beispielsweise von Härtemessungen, metallographischen Untersuchungen, Gefügebestimmungen mittels Röntgenstrahlen beziehungsweise verschiedenen anderen Messungen elektrischer und magnetischer Art untersucht und danach werden bestimmte gemäß den Untersuchungsergebnissen am günstigsten ausgefallene Probekörper herausgegriffen. Darauffolgend können diejenigen Wärmebe-

Temperaturverteilung durch die Heizwirkung eines 3° handlungs- und Verformungsparameter ermittelt werdurch einen Probekörper mit unterschiedlichen Querschnitten hindurchgeleiteten elektrischen Stroms erzeugt

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß man unter Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre arbeitet.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Heizeinheit (8; 3, 1, 2) zur Erzeugung einer Temperaturverteilung von konstantem oder unterschiedlichem Gradienten innerhalb eines Probekörpers (9; 3) und gegebenenfalls eine weitere Heizeinheit (7) zur Erzeugung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung oder einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung in einer anderen Richtung wie durch die erstgenannte Heizeinheit (8; 3, t, 2) innerhalb des Probekörpers (9; 3), die mit der erstgenannten Hetzeinheit (8; 3,1,2) gleichzeitig betrieben werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch ein Meßgerät beziehungsweise Meßgeräte (M, 14; 5) zur Messung der Temperatur und/oder der Temperaturverteilung entlang des Probekörpers (9; 3) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet daß die Drähte ihrer Heizeinheiten (8, 7) in bezug auf den Probekörper (9) bifilar angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ihre innerhalb des Probekörpers (3) eine Temperaturverteilung von konstantem oder unterschiedlichem Gradienten bewirkende Heizeinheit aus dem Probekörper (3) selbst mit unterschiedlichem Querschnitt gebildet ist und an beiden Enden des zu erhitzenden Probekörperabschnittes angeklemmte Stromzuführungen (1, 2) enthält.

den, welche den die günstigsten Eigenschaften aufweisenden Probekörpern zugeordnet sind. Sollte das erhaltene Ergebnis befriedigend sein, d. h. unter den erhaltenen Probekörpern mindestens einer gefunden werden, dessen Eigenschaften mit den gewünschten Eigenschaften übereinstimmen, kann das Verfahren als beendet betrachtet werden; anderenfalls muß jedoch die Versuchsreihe unner Verwendung von weiteren Parameterkombinationen wiederholt werden.

Das oben beschriebene bekannte Verfahren ist jedoch schon seinem Wesen nach überholt und steht somit weit hinter dem heutigen Niveau der sonstigen Technik zurück. Die erforderlichen Versuche sind äußerst zeitraubend und benötigen insbesondere hohe Mengen von Versuchsmaterial, einen hohen Energieaufwand sowie eine große Ofenkapazität. Das gesteckte Ziel kann nicht auf direktem Wege angehähert werden und das gesuchte Optimum kann infolge der hohen Zahl aller möglichen Parameter nicht mit hinreichender Sicherheit gefunden werden.

In bestimmten Fällen können die optimalen Kombinationen mit Hilfe von modernen physikalischen Messungen (beispielsweise Widerstands-, Dehnungs- und Thermospannungsmessungen sowie thermogravimetrischen Messungen) bestimmt werden. Die letztgenannten Meßverfahren entsprechen zwar dem zur Zeit modernsten technischen Niveau, ihre Anwendung ermöglicht jedoch lediglich die Klärung von bestimmten Einzelproblemen und sie können in der Regel erst durch Vergleich mit den Ergebnissen der traditionellen Verfahren unter Zuhilfenahme von meist komplizierten Zusammenhängen richtig gewertet werden.

Fernei ist aus der deutschen Patentschrift 815 706 eine Heizbank zur thermischen Untersuchung von Sub-

stanzen, bestehend aus einem wärmeleitenden Metallkörper, der unter dem Einfluß einer Wärmequelle und unter Abkühlung durch das umgebende Medium auf dem einen Ende eine annähernd konstante hohe, auf