DE3643121A1 - Vorrichtung zum bestimmen von phasentransformationen in metallen und legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die in der Lage ist, Phasentransformationen oder Phasenumformungen zu bestimmen, die in Metallen und Legierungen während des Abkühlens oder Erhitzens auftreten. Die Vorrichtung läßt sich direkt an Arbeitsstraßen einsetzen, wo es äußerst wichtig ist, eine genaue Information darüber zu haben, welche Phasen in welchen Anteilen in einem gerade behandel­ ten Metall vorhanden sind, so daß man in der Lage ist, während des Prozesses Entscheidungen zu treffen, da die technologischen Charakteristiken des Metalls von den vorhandenen Phasen abhängen.

Trotz der in dieser Richtung bis heute unternommenen Anstrengungen sind keine Geräte zur direkten Bestimmung dieses wichtigen Parameters bekannt. Zur Zeit muß indirekt über Temperaturmessungen eine Abschätzung oder Berechnung erfolgen, die ihrerseits mit bekannten CCT-Kurven oder mit Ergebnissen verglichen werden, die im Labor an Dilatometerproben erhalten wurden.

Es ist verständlich, daß mit der Übernahme immer härterer Arbeitsbedingungen während der Heißbearbeitung metallischer Materialien solche indirekten Systeme der Phasentransformationsbestimmung immer weniger zufrieden­ stellend wurden, nicht zuletzt weil es unvermeidlich ist, daß Unterschiede bestehen, die ganz erheblich sein können, und zwar zwischen der theoretischen durch die Kurven be­ schriebenen oder mittels Dilatometerproben im Labor festge­ stellten Situation und der tatsächlichen Situation im Betrieb. Zurückzuführen ist dies auf die Unterschiede, die beispielsweise in der Zusammensetzung der Legierung oder in den realen dynamischen Bedingungen während der Wärmebehandlung auftreten.

Das Arbeitsprinzip, auf dem die Erfindung basiert, ist die Änderung, welche die Phasentransformation im Resonanz­ kreis einer Sonde oder eines Sensors induziert, der nahe der Oberfläche des zu untersuchenden Materials ange­ ordnet ist. Es hat sich nämlich überraschend herausgestellt, daß dann, wenn man einen geeigneten Resonanzkreis bei ge­ eigneter Frequenz zwischen 150 und 250 kHz hält, Spannungsveränderungen an den Enden einer Sonde hervorge­ rufen werden, wobei letztere aus einer Spule besteht, die nahe der zu untersuchenden Oberfläche angeordnet wird. Diese Spannungsänderungen werden nur dann hervorgerufen, wenn die Modifikationen, die im Material selbst auftreten - beispielsweise die Änderung in der magnetischen Permeabili­ tät oder dem elektrischen spezifischen Widerstand, die eine Phasentransformation begleiten - die Reluktanz bzw. den magnetischen Widerstand (reluctance) des Kreises und dann die scheinbare Induktanz bzw. Induktivität der Spule selbst verändern.

Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich so herstellen, daß man eine Anzahl von Änderungen - die im wesentlichen die Speisestromfrequenz und das Verfahren zum Verarbeiten der elektrischen Signale betrifft - an einer altbekannten Einreichung vornimmt, die jedoch "zum Überwachen von Oberflächendefekten von Metallkörpern bei hoher Temperatur" verwendet wird, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 35 24 167.5-52 entspr. italienischer Patentanmeldung Nr. 48 558 A84 vom 13. 7. 1984 beschrieben wird (Patentinhaber Centro Sperimentale Metallurgico). Auf diese Weise wird sie unempfindlich gegen Ober­ flächendefekte, jedoch extrem empfindlich für Phasentrans­ formationen. Da der Resonanzkreis, von dem die Spule einen Teil bildet, sehr empfindlich gegen Induktanzveränderungen ist, folgt, daß die Phasentransformation eine Veränderung in der Ausgangsspannung induziert: je größer der potentiale Materialanteil ist, der eine Phasentransformation erlitten hat, desto größer wird die Veränderung in der Ausgangs­ spannung.

Erfindungsgemäß wird das empfindliche Element, nämlich die Spule im Resonanzkreis, gegen Umwelteinflüsse, ins­ besondere jedoch gegen abgestrahlte Wärme geschützt, indem ein hohlwandiges Gehäuse vorgesehen wird, das den magnetischen Fluß nicht behindert, und innerhalb dessen ein Kühlfluid zirkuliert.

Die Vorrichtung muß mit einem Oszillator versehen sein, um den Kreis zu speisen sowie mit adäquaten Einrich­ tungen, um das Ausgangssignal zu schützen, wie bei­ spielsweise mit Rekordern, Dataloggern bzw. Datenerfassern oder dergl..

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß zur Ermittlung von Phasentransformationen, unter Verwendung der Vor­ richtung nach der Erfindung, es nicht notwendig ist, einen direkten Kontakt zwischen dem empfindlichen Element und der zu untersuchenden Metalloberfläche herzustellen. Diese Tatsache erleichtert nun ganz erheblich die Konstruktion des Instruments und seine Installation an Arbeitsstraßen.

Wie bereits erwähnt, findet die Maßnahme nach der Erfindung Anwendung bei den meisten Warmbearbeitungsvorgängen wie Wärmebehandlungen, Warmwalzen, Warmpressen etc.

Die Erfindung ist somit auf eine Sonde oder einen Sensor zur Bestimmung der Phasentransformationen gerichtet, die in Metallen, im allgemeinen bei hohen Temperaturen, während des Glühens oder Erwärmens auftreten.

Dank des Einbaus eines geeigneten Resonanzkreises, der in geeigneter Weise durch eine wärmebeständige gekühlte Konstruktion geschützt ist, die den elektromagnetischen Fluß nicht behindert, ist die Sonde empfindlich gegen Veränderungen gewisser physikalischer Eigenschaften, die mit den Phasentransformationen, die in Metallen auftreten, zusammenhängen.

Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung soll mit Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden. Diese zeigt in einem schematischen Vertikal­ schnitt ein Außengehäuse 1 aus rostfreiem Stahl, das einen Tiegel aus feuerfestem Material 2 trägt, in welchen ein Rohr aus rostfreiem Stahl 3, das die Sonde tragen soll, die Kühlluft transportieren soll und die Leitungen für die Stromzuführung und das Ausgangssignal schützen soll, eintritt bzw. in diesen eindringt. Tiegel und Rohr können bis zum Boden des äußeren Gehäuses reichen.

Das Rohr verfügt über ein Flanschende, welches einen kronenförmigen Behälter trägt, der in einen festen oberen Teil 4 und einen hohlen unteren Teil 5 aus wärmewider­ standsfähigem dielektrischen Material (Teflon) unterteilt ist und der den Schwingkreis 6 trägt und die Sonden- oder Sensorspule 7 gegen Kühlluft schützt, die aus den Öffnungen im oberen Teil des Rahmens ausgetrieben wird.

Diese Ausführungsform, gespeist bei einer Frequenz von etwa 170 kHz, wurde sehr eingehend selbst an Stahlblech bei Temperaturen von mehr als 900°C getestet, um eine Überprüfung hinsichtlich der Konstruktionsverläßlichkeit und natürlich hinsichtlich der Genauigkeit der angegebenen Phasentransformationen zu überprüfen, wobei letztere mit denen verglichen wurden, die im Labor an Dilatometerproben identischen Materials genommen wurden.

Tafel 1 faßt einen der durchgeführten Tests zusammen.

TAFEL 1

q-α Phasentransformation in Stahl: Vergleich der erfindungsgemäß erhaltenen Daten mit denen, die nach dem Dilatometerproben-Verfahren gewonnen wurden.

Die gute Übereinstimmung zwischen den Transformations­ temperaturen, die mittels der Vorrichtung nach der Erfin­ dung und denen gemessen wurden, die mittels von Dilato­ meterproben genommen wurden, demonstriert klar die Ver­ läßlichkeit der Vorrichtung nach der Erfindung.

Vom konstruktiven Aspekt ist die beschriebene Lösung auch hervorragend, da sie Temperaturen innerhalb der Vorrichtung und um die Eingangs- und Ausgangskabel sicherstellt, welche ganz erheblich unter den Sicherheits­ grenzen liegen, während trotzdem ein einfaches und schnelles Ersetzen der verschiedenen Komponenten, falls notwendig ist, möglich wird.

Claims (3)

1. Vorrichtung oder Gerät zur direkten on-line-Bestimmung von Phasentransformationen in Metallen, gekennzeichnet durch Teile, die empfindlich gegen Veränderungen in den physikalischen Parametern des Metalls, die mit der Phasentransformation zusammenhängen, sind, wobei diese Teile geschützt durch ein Kühlsystem sind, welches einen vollkommenen Schutz und einen optimalen Betrieb ohne Störung der Messungen garantiert.

2. Vorrichtung oder Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese empfindlichen Teile aus einem Schwingkreis bestehen, der in Resonanz von einem Oszillator unter Gleichgewichtsbedingungen gespeist wird.

3. Vorrichtung oder Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleichgewichtsbedingungen und damit die Resonanz abhängen von der Induktanz des Kreises selbst, die ihrerseits bestimmt wird durch die physi­ kalischen Charakteristiken, die mit den Phasen in dem im Prüfzustand befindlichen Metall zusammenhängen, da der Träger für den Kreis, die Schutz- und Kühl­ konstruktion aus wärmebeständigem dielektrischen Material derart aufgebaut sind, daß eine Störung des elektromagnetischen Flusses nicht eintritt, der jedoch vom physikalischen Zustand des Materials innerhalb seines Wirkungsbereichs beeinflußt wird.