DK150996B - Digel til termisk analyse af aluminiumlegeringer under deres stoerkning - Google Patents

Description

i 150996

Opfindelsen omhandler en prøvedigel til termisk analyse af aluminiumlegeringer og af den i krav l's indledning angivne art.

Kontrollen med flydende metallegeringer ved termisk 5 analyse består i at udtage en prøve af det flydende metal og at lade den størkne under ens og reprucerbare betingelser og registrere temperaturændringen som funktion af tiden. Det er kendt, at der for legeringer bestående af flere komponenter eksisterer et størkningsinterval 10 imellem temperaturen af den flydende fase (størkningens begyndelse) og faststoffasen (størkningens afslutning).

Men inden for dette interval aftager temperaturen ikke jævnt, idet udfældningen af en ny fase medfører mere eller mindre bratte temperaturændringer før og efter 15 udfældningerne af eutektiske blandinger ved konstant temperatur. Iagttagelsen af disse hændelser og varigheden af udfældningstemperaturen giver oplysning om legeringens sammensætning. Denne fremgangsmåde benyttes ofte til kontrol med støbningen af støbejern og stål. Man 20 måler i dette tilfælde temperaturen ved begyndelsen af legeringens størkning, hvilket giver en oplysning om den kemiske sammensætning (svarende til kulstofindholdet i støbejernet eller stålet).

Til sådanne målinger anvendes et apparat som vist på 25 fig. 1. Det flydende metal hældes i en digel 1, som normalt er fremstillet af kernesand med indvendig beskyttelse. Digelen 1 er nær ved centret forsynet med et termoelement 2, som er indpresset i digelen under dennes fremstilling. Da termoelementets loddested er i direkte 30 berøring med metallet under målingen, skal den anvendte tråd være forholdsvis robust med eksempelvis en diameter af størrelsesordenen 0,5 mm. Da diglerne er beregnet til engangsbenyttelse, er de normalt indrettet til anbringelse på en understøtning 3 med kontaktstifter, som 2 150996 når digelen hviler på understøtningen tilvejebringer kontakten imellem termoelementets tråde og en kompensationsledning 4 til forbindelse med et registrerings-apparat 5.

5 Fra U.S. A.-patentskrift nr. 3 267 732 kendes et måleappa rat med en digel med en tyk væg af et ildfast materiale, der er foret med et metalhylster med en tynd væg, som danner en beskyttelse for det i digelen opragende og i direkte berøring med metalsmelten stående termoelements 10 loddested. Ved denne anbringelse går termoelementet tabt ved hver måling, og analysatoren er i øvrigt beregnet til måling af temperaturer på ca. 1400 - 1500 °C og uegnet til målinger inden for 600 - 700 °C.

Fra tysk fremlæggelsesskrift nr. 1 698 177 kendes et 15 måleapparat af lignende art, hvor termoelementets lodde sted nok ligger beskyttet inden i et rør, men hvor hele røret med termoelementet neddykkes i metalsmelten i det indre af en ovn, således at genbrug heller ikke her kan finde sted. Beskyttelsesrøret har en forholdsvis 20 stor diameter og en væsentlig varmekapacitet til afkø ling af den indtrængende smelte til målingens gennemførelse. Dette apparat er derfor også uegnet til en nøjagtig termisk analyse af aluminiumlegeringer.

Ved termisk analyse af aluminiumlegeringer og især form-25 støbte legeringer af aluminium og silicium, som ligger nær ved det eutektiske punkt, er det ikke oplysninger om legeringens sammensætning, men oplysninger om legeringens ændringstilstand, der er betydningsfulde. Det er kendt, at denne legeringstype kan frembyde meget variere-30 de metallografiske strukturer alt efter tilstedeværel se eller fraværelse af grundstoffer, der vanskeligt lader sig veje eller let udskille, såsom natrium, calcium, phosphor og antimon. De karakteristiske træk ved disse 3 150996 strukturer er tilstedeværelsen eller fraværet af primært silicium, den fine eller grove struktur af eutektikumblan-dingen aluminium-silicium samt formen og snittet af aluminiumdendritterne. Imidlertid har disse strukturer 5 en væsentlig indflydelse ikke alene på de mekaniske egenskaber af de støbte legemer, men også på deres støbe-egenskaber og især på snittet og formen af lunkerne.

Det er derfor, at visse støbte legemer, især kokillestøb-te, kun kan fremstilles fejlfrit med en nøjagtigt bestemt 10 struktur eller ændringsgrad. Det er derfor meget vigtigt umiddelbart før støbningen at kende ændringstilstanden af den legering, hvis støbning man forbereder, og denne ændringsgrad kan altså bedømmes gennem visse af parametrene for afkølingskurverne, såsom underafkølingen 15 ved den eutektiske størkning, den nøjagtige temperatur under den eutektiske udfældning og hældningen af afkølingskurven efter den eutektiske størkning. Ændringerne af disse parametre er mindre end for jernlegeringer, hvilket kræver nøjagtigere målinger. Det er derfor hen-20 sigtsmæssigt at anvende et andet apparatur end det ovenfor omtalte til at løse følgende problemer: a) For den ovenfor beskrevne digel er den af digelen i opfyldningsøjeblikket absorberede varmemængde for stor. Dette forvansker begyndelsen af kurven og kan 25 endog undertiden helt tilsløre begyndelsen af størkningen (idet temperaturen af den flydende fase nås endog før termoelementet har opnået legeringstemperaturen).

Men selv om dette ikke skulle være tilfældet, er bortledningshastigheden af varmeenhederne ikke konstant 30 under hele størkningen, hvilket gør lutringskontrollen unøjagtig. Denne ulempe kan delvis afhjælpes ved for-varmning af digelen, men dette komplicerer målingen og skaber en ny spredningskilde.

b) Diameteren af termoelementet er for stor, hvilket 4 150996 forvansker målingen især ved afslutningen af størkningen, idet termoelementet bidrager til bortledningen af varme-enhederne, sandsynligvis ved varmeledning igennem trådene, hvilket i visse tilfælde fremkalder en anden størknings-5 front i udadgående retning fra termoelementet. Dette fænomen umuliggør helt at anslå legeringens adfærd over for lunkedannelse, der består i en bedømmelse af regelmæssigheden af den normale størkningsfront, der forskydes i indadgående retning.

10 c) Størkningstiden er for kort og muliggør ingen god bedømmelse af fænomenerne.

Opfindelsen har til formål at afhjælpe ulemperne ved de kendte måleapparater og tilvejebringe et apparat til løsning af disse problemer og således særligt egnet 15 til termisk analyse af aluminiumlegeringer.

Dette opnås ifølge opfindelsen for en digel af den indledningsvis angivne art, der er udformet som angivet i krav l's kendetegnende del. Med anvendelsen af selve det tyndvæggede metalhylster som digelens sidevæg ned-20 sættes den absorberede varmemængde væsentligt, og det opragende tyndvæggede metalrør har ingen varmelednings-kontakt udadtil, så at man undgår en anden størknings-front foran termoelementet, der kan arbejde med en størkningstid på ca. 6,5 minutter og registrere alle nødven-25 .dige data ved analysen af aluminiumlegeringer. Det af metalrøret beskyttede termoelement kan genanvendes.

Apparatet ifølge opfindelsen er vist på fig. 2 og består af en lille digel 6 af en tynd stålplade, hvis bund er perforeret med et centralt hul 7. I bunden af digelen 30 anbringes en prop 8 af et termisk isolerende materia le, eksempelvis af kernesand, med en tykkelse fra nogle mm til nogle cm. Proppen 8 støtter i centret et tyndt 5 150996 metalrør 9, eksempelvis af rustfrit stål, der er lukket foroven, og som tjener som beskyttelseskappe for det til målingen anvendte termoelement. Det nederste parti af røret 9 er neddykket i proppen 8 af kernesand, 5 men berører ikke metalbunden af digelen 6, så man und går varmetabene igennem digelbunden.

Igennem det indre af det centrale metalrør 9 indføres et afskærmet termoelement således, at loddestedet af termoelementet befinder sig i det væsentlige i højde 10 med det lukkede øverste parti af den centrale rør 9.

Eksempelvis kan digelens dimensioner være som følger: diameteren: 40 - 70 mm, fortrinsvis ca. 55 mm, højden: 50 - 120 mm, fortrinsvis ca. 95 mm.

Metalpladen skal være af ringe tykkelse, 0,1 - 1 mm, 15 fortrinsvis 0,2 mm, for at gøre varmeoptagelsen ringe.

Af samme grund skal termoelementets kappe og selve termoelementet have små dimensioner. Der anvendes fortrinsvis et afskærmet termoelement med en diameter på ca. 1 mm indført i en kappe med en lidt større yderdiameter.

20 Længden af kappen er således, at dens øverste parti er i det væsentlige i højde med midten af den frie højde over proppen 8 af isolerende materiale, hvis tykkelse er af størrelsesordenen 15 mm.

Et sådant apparat har følgende fordele: 25 varmeoptagelsen er uvæsentlig, den termiske inerti er meget lille, så at temperatur-sætningen af selve digelen og termoelementet er praktisk taget momentan, termoelementets afkølende virkning er praktisk taget 30 nul, 150996 6 termoelementet kan genbruges, da det ikke ødelægges ved hver måling som tidligere, og størkningstiden af prøven er i middel 6,5 min, hvilket muliggør en god anskueliggørelse af fænomenerne.

Claims (5)

150996 Patentkrav :

1. Digel til termisk analyse af aluminiumlegeringer under disses størkning, omfattende et tyndvægget cylindrisk metalhylster (6) og en i dettes bundparti indsat 5 prop (8) af et varmeisolerende materiale med et centralt hul (7), i hvilket der varmeisoleret er ført et rør (9) koaksialt med metalhylsteret og ragende halvvejs op i dette og omsluttende et til et registreringsapparat forbindeligt termoelement med et loddested ved 10 rørets frie ende, kendetegnet ved, at digelens sidevæg kun udgøres af selve metalhylsteret (6), og at røret (9) udgøres af et tyndvægget metalrør, hvis opragende frie ende er lukket.

2. Digel ifølge krav 1, kendetegnet ved, 15 at metalhylsterets (6) godstykkelse er 0,1 - 1 mm.

3. Digel ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at termoelementet er indesluttet i en kappe med en yderdiameter på ca. 1 mm, og at metalrøret (9) har en ubetydeligt større diameter.

4. Digel ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at digelen (7 - 9) har en højde på 50 - 120 mm og en diameter på 40 - 70 mm, og at proppens (8) tykkelse er mellem nogle mm og nogle cm.

5. Digel ifølge krav 1-4, kendetegnet 25 ved, at metalhylsteret (6) undergriber proppen (8) med en sammenhængende bundflade med et med hullet (7) flugtende hul.