DE2929693B1 - Vorrichtung zur Entnahme einer schmelzfluessigen Probe von Metall oder von Metallegierungen und zum Messen der Abkuehlungskurve der Probe - Google Patents

Description

Temperaturmessungen an flüssigen und erstarrenden Metallen und Metallegierungen, wie sie zur Feststellung der augenblicklichen Temperatur sowie auch zur Beobachtung von Umwandlungsvorgängen bei der Erstarrung und Abkühlung durchgeführt werden, werden üblicherweise durch thermoelektrische oder optische Messung vorgenommen. Bei der thermoelektrischen Messung wird zu diesem Zweck ein in einem Schutzrohr angeordnetes Thermoelement in die Schmelze eingeführt. Die optische Messung erfolgt zur Feststellung der augenblicklichen Temperatur der Schmelze in der Regel berührungslos und zur Beobachtung von Umwandlungsvorgängen (Thermoanalyse) mittels eines bis an den Hohlraum einer hierfür bestimmten Gießform herangeführten Lichtleiters. Diese Temperaturmessungen werden durchgeführt, einerseits zur Feststellung der augenblicklichen Temperatur einer Schmelze, beispielsweise zwecks Steuerung der Schmelzführung, und andererseits Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Metallegierung, auf die Erstarrungsvorgänge und auf das Umwandlungsverhalten ziehen zu können.

Eine Messung mit Thermoelementen hat den grundsätzlichen Nachteil der Anzeigeträgheit. Dies bedingt, daß der Meßvorgang über eine bestimmte, zur Überwindung dieser Trägheit (Erwärmung von Schutzrohr und Thermoelement) erforderliche Zeitdauer

ίο ausgedehnt werden muß. Wesentlich für die Richtigkeit der Messung ist die Unversehrtheit des Thermoelementes mindestens bis zum Ende eines einzelnen Meßvorganges, d. h., die Schutzrohre müssen in entsprechender Weise bemessen werden. Dadurch wird die erforderliehe Meßdauer im wesentlichen bestimmt. Bei der Verwendung von Thermoelementen zur thermischen Analyse der Metallegierung in einer Gießform tritt die Trägheit der Anzeige zusätzlich dadurch in nachteiliger Weise in Erscheinung, daß bei niedrigen Gießspannen einerseits bestimmte thermische Effekte von Umwandlungsvorgängen häufig nicht angezeigt werden, weil sie schon während der Erwärmung des Thermoelementes mit dem Schutzrohr ablaufen, andererseits aber bei einer dieser Gefahr vorzubeugenden knappen Bemessung des Schutzrohres oder der Schutzschicht Thermoelemente noch vor Abschluß der Meßvorganges zerstört werden. Wegen der Trägheit des Thermoelementes muß zur Analyse bei verhältnismäßig langsamer Abkühlung durchgeführt werden.

Die berührungslose optische Messung der Temperatur ist mit dem Nachteil behaftet, daß die zu messende freie Oberfläche der Schmelze vom Idealzustand des Schwarzen Körpers abweicht. Die Strahlung entspricht dann nicht der wahren Temperatur der Schmelze.

» Erschwerend kommt hinzu, daß durch Schlackenbildung auf der Schmelzbadoberfläche die Strahlungsintensität verändert wird. Mit Hilfe sogenannter Farbpyrometer ist man zwar in der Lage, diese Schwierigkeiten zu überbrücken, doch ist die Messung langwierig und die Genauigkeit vom Sehempfinden der messenden Person abhängig. Bei der optischen thermischen Analyse wurde die Problematik durch Verwendung von verspiegelten, bis an den Hohlraum der Probenform geführte Lichtleiter gelöst: Die in der Form befindliche Probe kann als Schwarzer Körper angesehen werden. Das extrem trägheitsarme Verfahren gestattet dazu die Durchführung der thermischen Analyse auch bei hohen Abkühlungsgeschwindigkeiten, d. h. sehr kleinen Probemengen.

Der erhebliche Nachteil bisheriger Meßanordnungen zur thermischen Analyse von Metallen liegt häufiger in der Notwendigkeit, die flüssige Metallegierung zur Durchführung der thermischen Analyse vom Schmelzgefäß in die Probeform zu überführen. Dabei treten Temperaturverluste auf, die auch bei der trägheitslosen optischen thermischen Analyse den Meßvorgang beeinträchtigen.

Bei einer bekannten Vorrichtung ist der Rezeptor als Gießform mit einem Fassungsvermögen von etwas weniger als 50 cm³ ausgebildet. Das schmelzflüssige Metall wird dem Schmelzbad entnommen und in den Rezeptor gefüllt. Bei diesem Vorgang der Entnahme und des Einfüllens in den Rezeptor kühlt die Probe bereits ab, so daß mögliche wichtige Daten der Abkühlungskurve nicht erfaßt werden können. Schon aus diesem Grunde ist die Verwendbarkeit der bekannten Vorrichtung eingeschränkt. Darüber hinaus ist es sehr umständlich, mittels eines geeigneten Gerätes

ORIGINAL INSPECTED

aus dem Schmelzbad Metall zu entnehmen und in die kleine Gießform einzufüllen (DE-GM 76 20 505).

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Entnahme einer schmelzflüssigen Probe von Metall oder von Metallegierungen und zum Messen der Abkühiungskurve dieser Probe, bestehend aus einem Rezeptor für die Probe und einem vom Rezeptor zu einem Meßwertwandler führenden Lichtleitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich der Vorrichtung zu erweitern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rezeptor ein offenes, feuerfestes Röhrchen ist, das am freien Ende einer den Lichtleiter führenden Lanze angeordnet ist, und daß zwischen dem Hohlraum für die aufzunehmende schmelzflüssige Probe im Röhrchen und im Lichtleiter ein Plättchen, eine Membran, eine aufgedampfte Schicht od. dgl. aus einem solchen hitzebeständigen und gut wärmeleitenden Material angeordnet ist, daß das Material der entnommenen schmelzflüssigen Probe daran haften bleibt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auf einfachste Art und Weise möglich, unmittelbar aus der Schmelze die gewünschte Probe zu entnehmen und sofort die Abkühlungskurve der Probe zu messen. Es gehen also keine Meßwerte mehr verloren.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Plättchen od. dgl. aus einer das Gefüge der Probe beeinflussenden Substanz. So kann z. B. die Darstellung der Meßwerte der Abkühlungskurve bei Gußeisen, insbesondere mit Lamellengraphit, durch ein Graphitplättchen verbessert werden.

Als Material für das Plättchen od. dgl. eignen sich Graphit, vorzugsweise Pyrographit, hochschmelzende Oxyde oder Silikate, z. B. Zirkonoxyd oder Zirkonsilikat.

Das Plättchen, das die Aufgabe hat, den Lichtleiter zu schützen, soll möglichst verzögerungsfrei die Temperatur der Probe an den Lichtleiter übertragen. Aus diesem Grunde soll es möglichst dünn sein. Als geeignet hat sich bei einem Graphitplättchen eine Dicke von weniger als 0,5 mm insbesondere 0,1 mm erwiesen.

Als feuerfestes Material für das Röhrchen sind Metall, Keramik, ff-Glas oder Sinterwerkstoffe geeignet. Das Röhrchen muß hitzebeständig bis oberhalb der Schmelztemperatur des schmelzftüssigen Metalls oder der Metallegierung sein, in der Regel also oberhalb 1500⁰C liegen.

Zur Erleichterung des Eintritts des schmelzflüssigen Metalls in das Röhrchen kann dieses eine Entlüftungsöffnung haben.

Sofern ein Plättchen verwendet wird, kann es im Röhrchen eingeklemmt sein, insbesondere auf einer Einschnürung aufliegen.

Da unmittelbar von der Entnahme an die Abkühlungskurve meßtechnisch erfaßt wird, genügt eine sehr kleine Probenmenge. Der Hohlraum kann z. B. ein Fassungsvermögen von 1 bis 2 g schmelzflüssigen Metalis haben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Am freien Ende einer Lanze A ist ein Röhrchen 1 aus Quarzglas angeordnet Das Röhrchen 1 bildet einen Hohlraum 2 für die Aufnahme einer schmelzflüssigen Probe von 1 bis 2 g. Auf einer Einschnürung 7 des Röhrchens 1 ruht ein Plättchen 6 aus Graphit Ein starres Ende 3 eines sonst flexibel ausgebildeten Lichtleiters 5 ist mit seiner Stirnseite bis an die Rückseite des Plättchens 6 herangeführt Dieses starre Ende 3 wird von einem Halter 4 in der Lanze A gehalten. Das andere Ende des flexiblen Lichtleiters 5 führt zu einem Infrarot-Detektor 9, der die Lichtsignale in elektrische Signale umwandelt die über ein Kabel 10 an ein Meßgerät übertragen werden.

Das Röhrchen 1 ist an der öffnung der Lanze A von einem Klemmring 1 gehalten, so daß es leicht auswechselbar ist Zum Schutz vor Schlacken und anderen Verunreinigungen kann die untere öffnung des Röhrchens 1 durch eine Abdeckung 12 verschlossen sein, die erst nach Berührung mit der Schmelze sich öffnet. Das Röhrchen 1 besitzt im oberen Bereich des Hohlraumes 2 eine öffnung 8 zur Entlüftung.

Die Probeentnahme erfolgt in der Weise, daß die Lanze A mit dem Röhrchen t in die Schmelze eingetaucht wird. Beim Eintauchen dringt die Schmelze in das Röhrchen 1 ein und gelangt bis zum Plättchen 6, wo es durch dessen Eigenschaft haften bleibt Die Lanze A wird dann wieder herausgenommen und ab sofort können die Meßwerte der Abkühungskurve erfaßt werden.

Mit der Erfindung werden im wesentlichen folgende Vorteile erzielt:

a) Praktisch verzögerungsfreie Temperaturmessung von Metallschmelzen bei gleichzeitiger Probeentnahme für die thermische Analyse.

b) Thermische Analyse ohne Möglichkeit von Fehlmessungen durch zu niedrige Probenahmetemperatur.

c) Möglichkeit der Einstellung unterschiedlicher Gefügezustände im Prüfling (gleich Rezeptorinhalt) durch Verwendung kühlender oder wärmedämmender chemischmetallurgisch wirkender Einsätze.

d) Hohe Lichtleiterhaltbarkeit ohne Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit durch die Schutzschicht vor der Stirnseite des Lichtleiters.

e) Der Inhalt des Rezeptors ist der Schmelze leicht zu entnehmen.

f) Das elektrische Kabel bis zur Lanze gewährleistet eine hohe Beweglichkeit bei der Probeentnahme.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Entnahme einer schmelzflüssigen Probe von Metall oder Mstallegierungen und zum Messen der Abkühlungskurve der Probe, bestehend aus einem Rezeptor für die Probe und einem vom Rezeptor zu einem Meßwertwandler führenden Lichtleiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezeptor ein offenes, feuerfestes Röhrchen (1) ist, das am freien Ende einer den Lichtleiter (3,5) führenden Lanze (A) angeordnet ist und daß zwischen dem Hohlraum (2) für die Aufnahme der schmelzflüssigen Probe im Rührchen (1) und dem Lichtleiter (3, 5) ein Plättchen (6), eine Membran, eine aufgedampfte Schicht od. dgl. aus einem solchen hitzebeständigen und gut wärmeleitfähigen Material angeordnet ist, daß das Material der entnommenen schmelzflüssigen Probe daran haften bleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (6) od. dgl. aus einer das Gefüge der Probe beeinflussenden Substanz besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (6) od. dgl. aus Graphit, vorzugsweise Pyrographit, hochschmelzenden Oxyden oder Silikaten, z. B. Zirkonoxyd, oder Zirkonsilikat, besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (f>) weniger als 0,5 mm insbesondere etwa 0,1 mm dick ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (1) aus Metall, Keramik, ff-Glas oder Sinterwerkstoff besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (1) eine Entlüftungsöffnung (8) hat.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (6) im Röhrchen (1) eingeklemmt ist, insbesondere auf einer Einschnürung (7) aufliegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) ein Fassungsvermögen von 1 bis 2 g schmelzflüssigen Metalls oder Metallegierung hat.