PL236393B1 - Method and the system for conducting thermal and derivative analysis of solidifying material, preferably metal - Google Patents

Method and the system for conducting thermal and derivative analysis of solidifying material, preferably metal Download PDF

Info

Publication number
PL236393B1
PL236393B1 PL412870A PL41287015A PL236393B1 PL 236393 B1 PL236393 B1 PL 236393B1 PL 412870 A PL412870 A PL 412870A PL 41287015 A PL41287015 A PL 41287015A PL 236393 B1 PL236393 B1 PL 236393B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
changes
thermal
tested
sampler
derivative
Prior art date
Application number
PL412870A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL412870A1 (en
Inventor
Ryszard Władysiak
Original Assignee
Politechnika Lodzka
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Lodzka filed Critical Politechnika Lodzka
Priority to PL412870A priority Critical patent/PL236393B1/en
Publication of PL412870A1 publication Critical patent/PL412870A1/en
Publication of PL236393B1 publication Critical patent/PL236393B1/en

Links

Landscapes

  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

Sposób przeprowadzenia analizy termicznej i derywacyjnej krzepnącego materiału polega na wprowadzeniu badanego materiału, w stanie stopionym, do próbnika, w którym następuje jego stygnięcie i krzepnięcie, rejestrowaniu zmian temperatury materiału podczas stygnięcia i krzepnięcia i sporządzeniu, na podstawie sygnałów zmian temperatury, wykresu krzywej stygnięcia opisującej kinetykę krystalizacji badanego materiału oraz wyznaczeniu parametrów funkcji derywacyjnej tego materiału. Sposób charakteryzuje się tym, że próbnik z umieszczonym w nim stopionym materiałem poddaje się chłodzeniu mgłą wodną i podczas stygnięcia materiału rejestruje się, za pomocą kamery zmiany promieniowania cieplnego adekwatne do zmian temperatury powierzchni badanego materiału w jego środku cieplnym. Na podstawie sygnałów tych zmian sporządza się wykres krzywej stygnięcia oraz wyznacza parametry funkcji derywacyjnej badanego materiału. Układ do przeprowadzenia analizy termicznej i derywacyjnej krzepnącego materiału, zwłaszcza metalu, zawiera próbnik (1) na badany materiał, w kształcie metalowego stożka usytuowanego wierzchołkiem ku dołowi, wokół podstawy którego jest przymocowany kołnierz, którego krawędzie są wsparte na wspornikach (7) przymocowanych do pionowych ramion konstrukcji nośnej (8) urządzenia. Pod wierzchołkiem próbnika (1) jest usytuowana dysza emisyjna (2) do wytwarzania mgły wodnej. Nad próbnikiem (1) jest usytuowany element kwarcowy (5) do definiowania powierzchni próbki badanego materiału, przymocowany za pomocą uchwytu (6) do kołnierza próbnika (1). Nad elementem kwarcowym (5) jest usytuowana kamera termowizyjna (3) do rejestrowania zmian promieniowania cieplnego, połączona z komputerem wyposażonym w oprogramowanie do sporządzania wykresu krzywej stygnięcia oraz wyznaczenia parametrów funkcji derywacyjnej, na podstawie sygnałów zmian promieniowania cieplnego badanego materiału.The method of conducting thermal and derivational analysis of the solidifying material consists in introducing the tested material, in the molten state, into the tester where it cools and solidifies, recording changes in the temperature of the material during cooling and solidification, and drawing up, based on the temperature change signals, a graph of the cooling curve describing the crystallization kinetics of the tested material and determining the parameters of the derivation function of this material. The method is characterized by the fact that the tester with the molten material placed in it is cooled with water mist and during the cooling of the material, changes in thermal radiation are recorded using a camera, corresponding to changes in the temperature of the surface of the tested material in its thermal medium. Based on the signals of these changes, a graph of the cooling curve is prepared and the parameters of the derivation function of the tested material are determined. The system for thermal and derivational analysis of the solidifying material, especially metal, includes a sampler (1) for the tested material, in the shape of a metal cone located with the top down, around the base of which a collar is attached, the edges of which are supported on brackets (7) attached to vertical the arms of the supporting structure (8) of the device. Under the top of the sampler (1) there is an emission nozzle (2) for generating water mist. Above the sampler (1) there is a quartz element (5) for defining the surface of the sample of the tested material, attached by means of a holder (6) to the flange of the sampler (1). Above the quartz element (5) there is a thermal imaging camera (3) for recording changes in thermal radiation, connected to a computer equipped with software for drawing a graph of the cooling curve and determining the parameters of the derivation function, based on the signals of changes in the thermal radiation of the tested material.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do przeprowadzenia analizy termicznej i derywacyjnej krzepnącego materiału, zwłaszcza metalu.The present invention relates to a method and system for carrying out thermal and derivative analysis of a solidifying material, especially a metal.

Z opisu patentowego PL 174260 znany jest sposób przeprowadzenia analizy termicznej i derywacyjnej krzepnącego materiału przy użyciu piaskowej formy odlewniczej zawierającej komorę pomiarową (próbnik) połączoną przelewem z komorą przelewową. Wewnątrz komory przelewowej czyli próbnika jest zamontowany termoelement (termopara) połączony z urządzeniem pomiarowym. Analiza polega na zalewaniu komory pomiarowej ciekłym metalem z kadzi, którego nadmiar przelewa się do komory przelewowej. Zalewanie ciekłym metalem kończy się po napełnieniu obu komór.The patent description PL 174260 describes a method of carrying out thermal and derivative analysis of the solidifying material using a sand casting mold containing a measuring chamber (probe) connected to the overflow chamber through an overflow. Inside the overflow chamber, i.e. the sampler, a thermocouple (thermocouple) connected to the measuring device is mounted. The analysis consists in pouring the measuring chamber with liquid metal from the ladle, the excess of which is poured into the overflow chamber. The pouring with liquid metal is complete when both chambers are filled.

W trakcie zalewania komory przelewowej ciekłym metalem rejestruje się, za pomocą termopary, zmiany temperatury stygnącego i krzepnącego metalu. Sygnały zmian temperatury z termopary są wprowadzane do połączonego z nią cyfrowego urządzenia pomiarowego, za pomocą którego uzyskuje się wykres zmian temperatury metalu w funkcji czasu (T = f(t)) (wykres krzywej stygnięcia) opisującej kinetykę krystalizacji badanego metalu [(dQk/dt) = f(t)] oraz wyznacza wartości pierwszej oraz drugiej pochodnej krzywej stygnięcia w funkcji czasu (parametry funkcji derywacyjnej), na podstawie których ocenia się jakość analizowanego metalu.During the pouring of the liquid metal into the overflow chamber, changes in the temperature of the cooling and solidifying metal are registered by means of a thermocouple. The signals of temperature changes from the thermocouple are introduced to the digital measuring device connected to it, by means of which a graph of metal temperature changes as a function of time (T = f (t)) is obtained (a graph of the cooling curve) describing the crystallization kinetics of the tested metal [(dQk / dt ) = f (t)] and determines the values of the first and second derivatives of the cooling curve as a function of time (parameters of the derivative function), on the basis of which the quality of the analyzed metal is assessed.

Użycie termopary zanurzonej w ciekłym metalu zakłóca pole temperatury próbki i proces jej krzepnięcia. Nadto sposób ten ma ograniczone zastosowanie do pomiarów temperatur szybkozmiennych, występujących podczas krzepnięcia rzeczywistych odlewów metali.The use of a thermocouple immersed in liquid metal disturbs the temperature field of the sample and the process of its solidification. Moreover, this method has limited application to measurements of fast-changing temperatures occurring during solidification of real cast metals.

Sposób przeprowadzenia analizy termicznej i derywacyjnej krzepnącego materiału, zwłaszcza metalu, polegający na wprowadzeniu badanego materiału, w stanie stopionym, do próbnika, w którym następuje jego stygnięcie i krzepnięcie, rejestrowaniu zmian temperatury materiału podczas stygnięcia i krzepnięcia i sporządzeniu, na podstawie sygnałów zmian temperatury, wykresu zmian temperatury materiału w funkcji czasu (T = f(t)), czyli wykresu krzywej stygnięcia opisującej kinetykę krystalizacji badanego materiału [(dQk/dt) = f(t)] oraz wyznaczeniu wartości pierwszej i drugiej pochodnej krzywej stygnięcia w funkcji czasu, czyli parametrów funkcji derywacyjnej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że próbnik z umieszczonym w nim stopionym materiałem poddaje się chłodzeniu mgłą wodną zawierającą wodę i powietrze w ilościach tak dobranych, aby zapewniały maksymalnie szybkie odparowanie kropel wody z powierzchni próbnika. Podczas stygnięcia materiału rejestruje się, za pomocą kamery termowizyjnej, zmiany promieniowania cieplnego adekwatne do zmian temperatury powierzchni badanego materiału w jego środku cieplnym, zdefiniowanej za pomocą elementu o wysokiej transmisyjności cieplnej, po czym sygnały tych zmian wprowadza się do programu komputerowego, który na ich podstawie sporządza wykres krzywej stygnięcia oraz wyznacza parametry funkcji derywacyjnej badanego materiału.A method of carrying out thermal and derivative analysis of the solidifying material, especially metal, consisting in introducing the tested material, in a molten state, into a sampler, where it cools and solidifies, recording changes in the temperature of the material during cooling and solidification, and preparing it based on the signals of temperature changes, a graph of material temperature changes as a function of time (T = f (t)), i.e. a graph of the cooling curve describing the crystallization kinetics of the tested material [(dQk / dt) = f (t)] and determining the value of the first and second derivative of the cooling curve as a function of time, i.e. the parameters of the derivative function, according to the invention, is characterized in that the sampler with the molten material placed therein is cooled with a water mist containing water and air in amounts selected so as to ensure maximum rapid evaporation of water droplets from the sampler's surface. While the material cools down, the changes in thermal radiation adequate to the changes in the surface temperature of the tested material in its thermal medium, defined by an element with high thermal transmittance, are recorded by means of a thermal imaging camera, and then the signals of these changes are entered into a computer program, which on their basis draws a graph of the cooling curve and determines the parameters of the derivative function of the tested material.

Układ do przeprowadzenia analizy termicznej i derywacyjnej krzepnącego materiału, zwłaszcza metalu, zawierający próbnik na badany ciekły materiał oraz element do rejestracji zmian temperatury tego materiału podczas stygnięcia i krzepnięcia, połączony z urządzeniem do sporządzania, na podstawie sygnałów tych zmian, wykresu zmian temperatury materiału w funkcji czasu, czyli wykresu krzywej stygnięcia tego materiału oraz wyznaczenia wartości pierwszej oraz drugiej pochodnej krzywej stygnięcia w funkcji czasu, czyli parametrów funkcji derywacyjnej tego materiału, według wynalazku zawiera próbnik na badany materiał, w kształcie metalowego stożka bez podstawy, usytuowanego wierzchołkiem ku dołowi, wokół podstawy którego jest przymocowany kołnierz, którego krawędzie są wsparte na wspornikach przymocowanych do pionowych ramion konstrukcji nośnej urządzenia. Pod wierzchołkiem próbnika, w osi symetrii próbnika, jest usytuowana dysza emisyjna do wytwarzania mgły wodnej, przymocowana do dolnego ramienia konstrukcji nośnej. Nad próbnikiem, w jego osi symetrii, jest usytuowany element kwarcowy do definiowania powierzchni próbki badanego materiału, przymocowany rozłącznie, za pomocą uchwytu do kołnierza próbnika, zaś nad elementem kwarcowym, także w osi symetrii próbnika, jest usytuowana kamera termowizyjna do rejestrowania zmi an promieniowania cieplnego z powierzchni badanego materiału definiowanej przez element kwarcowy, przymocowana do górnego ramienia konstrukcji nośnej, połączona z komputerem wyposażonym w oprogramowanie do sporządzania wykresu krzywej stygnięcia oraz wyznaczenia parametrów funkcji derywacyjnej, na podstawie sygnałów zmian promieniowania cieplnego badanego materiału.A system for thermal and derivative analysis of the solidifying material, especially metal, containing a probe for the liquid material to be tested and an element for recording temperature changes of this material during cooling and solidification, connected with a device for preparing, based on the signals of these changes, a graph of material temperature changes as a function of time, i.e. a graph of the cooling curve of this material and the determination of the value of the first and second derivative of the cooling curve as a function of time, i.e. the parameters of the derivative function of this material, according to the invention, a probe for the tested material, in the shape of a metal cone without a base, located with its apex downwards, around the base to which a flange is attached, the edges of which are supported on brackets attached to the vertical arms of the supporting structure of the device. Below the sampler tip, in the symmetry axis of the sampler, is a water mist emission nozzle attached to the lower arm of the supporting structure. Above the probe, in its axis of symmetry, there is a quartz element for defining the surface of the tested material sample, detachably attached to the probe's flange by means of a handle, and over the quartz element, also in the axis of symmetry of the probe, there is a thermal imaging camera for recording changes in thermal radiation from the surface of the tested material defined by a quartz element, attached to the upper arm of the supporting structure, connected to a computer equipped with a computer equipped with software for drawing the cooling curve and determining the parameters of the derivative function, based on the signals of changes in thermal radiation of the tested material.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają bezstykowy pomiar temperatury krzepnącego materiału, za pomocą kamery termowizyjnej, która rejestruje promieniowanie cieplne emitowane z wybranej powierzchni próbki, zdefiniowanej za pomocą elementu kwarcowego. Detekcja promienioThe method and the device according to the invention enable contactless measurement of the temperature of the solidifying material by means of a thermal imaging camera which records the thermal radiation emitted from a selected surface of the sample, defined by a quartz element. Radiation detection

PL 236 393 B1 wania podczerwonego, czyli temperatury krzepnącego materiału odbywa się z powierzchni ukształtowanej przez element ze szkła kwarcowego o wysokiej transmisyjności cieplnej, który jest umiejscowiony w środku cieplnym badanej próbki materiału. Pozwala to obserwować procesy cieplne zachodzące w obszarze wewnątrz próbki i eliminować zakłócenia powierzchniowe wywołane odziaływaniem metalu z powietrzem, zmianami kształtu i chropowatości, które w rezultacie skutkują stabilizacją emisyjności cieplnej badanej próbki w czasie pomiaru.The infrared radiation, i.e. the temperature of the solidifying material, takes place from the surface formed by a quartz glass element with high thermal transmittance, which is located in the thermal center of the tested material sample. It allows to observe thermal processes occurring in the area inside the sample and to eliminate surface disturbances caused by the interaction of metal with air, changes in shape and roughness, which result in stabilization of thermal emissivity of the tested sample during the measurement.

W rozwiązaniu według wynalazku zastosowano chłodzenie próbnika mgłą wodną, która jest czynnikiem bardzo efektywnym w odbieraniu ciepła, ze względu na duże ciepło parowania kropelek wody na chłodzonej powierzchni. Zmiana wielkości strumienia mgły wodnej umożliwia sterowanie efektywnością odbierania ciepła od próbnika i w dalszej konsekwencji od próbki krzepnącego materiału. Zdalny odczyt promieniowania podczerwonego przechodzącego przez element ze szkła kwarcowego, realizowany jest za pomocą kamery termowizyjnej, nie zakłóca pola temperatury próbki i procesu jej krzepnięcia. Dzięki zastosowaniu w rozwiązaniu według wynalazku czułych detektorów fotoelektrycznych, urządzenie to znajduje zastosowanie do pomiarów temperatur szybkozmiennych, adekwatnych do procesów cieplnych występujących podczas krzepnięcia rzeczywistych odlewów. Osiągana za pomocą kamery termowizyjnej częstość pomiarów rzędu 102 Hz jest około 50-krotnie większa w porównaniu z częstością pomiarów wykonywanych termoelementami. Jest to szczególnie istotne w przypadku badań procesu krystalizacji stopów odlewanych w formach metalowych w warunkach sterowanej intensywności wymiany ciepła i zmniejszonej grubości ścianki odlewu, jakie przykładowo występują w metodzie odlewania kokilowego lub ciśnieniowego.In the solution according to the invention, the probe is cooled with water mist, which is a very effective factor in collecting heat due to the high heat of vaporization of water droplets on the cooled surface. Changing the size of the water mist stream allows you to control the efficiency of heat collection from the sampler and, consequently, from the sample of solidifying material. Remote reading of infrared radiation passing through the quartz glass element is carried out with the use of a thermal imaging camera, it does not interfere with the temperature field of the sample and the process of its solidification. Thanks to the use of sensitive photoelectric detectors in the solution according to the invention, this device is used to measure fast-changing temperatures, adequate to thermal processes occurring during solidification of real castings. The measurement frequency of 102 Hz achieved by means of a thermal imaging camera is about 50 times higher compared to the frequency of measurements made with thermocouples. This is particularly important in the case of studies of the crystallization process of alloys cast in metal molds under conditions of controlled heat exchange intensity and reduced wall thickness of the casting, such as occur in the die casting or pressure casting method.

Sposób według wynalazku zostanie bliżej objaśniony w oparciu o rysunek przedstawiający przykład wykonania urządzenia do analizy termicznej i derywacyjnej krzepnącego materiału, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w widoku schematycznym, natomiast fig .2 zdjęcie próbnika urządzania.The method according to the invention will be explained in more detail on the basis of a drawing showing an embodiment of a device for thermal and derivative analysis of solidification material, in which Fig. 1 shows the device in a schematic view, and Fig. 2 shows a photo of the device probe.

Badanym, ciekłym stopem napełniono próbnik 1 i uruchomiono chłodzenie próbnika 1 mgłą wodną z dyszy emisyjnej 2. Stosunek wzajemny ilości wody i powietrze w mgle wodnej dobrano tak, aby zapewnić maksymalnie szybkie odparowanie kropel wody z powierzchni próbnika 1. W czasie stygnięcia i krzepnięcia stopu kamera termowizyjna 3 rejestrowała zmiany promieniowania cieplnego powierzchni próbki stopu, zdefiniowanej przez element kwarcowy 5. Na podstawie sygnałów zmian promieniowania cieplnego stopu rejestrowanych przez kamerę 3, za pomocą oprogramowania komputera został sporządzony wykres krzywej stygnięcia oraz wyznaczone zostały wartości pierwszej i drugiej pochodnej krzywej stygnięcia w funkcji czasu, czyli parametry funkcji derywacyjnej stopu. Na sporządzonej krzywej stygnięcia występowały charakterystyczne dla każdego stopu przystanki temperaturowe, będące efektem działania wewnętrznych źródeł ciepła pochodzących od zachodzących w stopie przemian i krystalizujących faz. Uzyskane w ten sposób wartości krzywej stygnięcia opisywały kinetykę krystalizacji badanego stopu [(dQk/dt) = f(t)]. Przystanki te były silnie reprezentowane w postaci pików i garbów, na obliczonych krzywych pierwszej i drugiej pochodnej. Na podstawie wyników pomiarów stygnięcia stopu w próbniku 1 oraz wartości charakterystycznych funkcji derywacyjnej uzyskano szereg informacji, wspomagających identyfikację przebiegu tworzenia mikrostruktury badanego stopu i umożliwiających prognozowanie właściwości fizycznych wytwarzanych z tego stopu wyrobów.The tested, liquid alloy was filled into the sampler 1 and the sampler was cooled with water mist 1 from the emission nozzle 2. The ratio of the amount of water and air in the water mist was selected to ensure the fastest possible evaporation of water drops from the surface of the sampler 1. During the cooling and solidification of the alloy, the camera thermovision 3 recorded changes in thermal radiation of the surface of the alloy sample, defined by a quartz element 5. Based on the signals of changes in thermal radiation of the alloy recorded by the camera 3, a graph of the cooling curve was prepared using computer software and the values of the first and second derivative of the cooling curve were determined as a function of time , i.e. parameters of the derivative function of the stop. On the prepared cooling curve, there were temperature stops, characteristic for each alloy, which were the effect of internal heat sources resulting from the transformations and crystallizing phases taking place in the alloy. The values of the cooling curve obtained in this way described the crystallization kinetics of the tested alloy [(dQk / dt) = f (t)]. These stops were strongly represented as peaks and humps in the calculated first and second derivative curves. Based on the results of measurements of the alloy cooling in sampler 1 and the characteristic values of the derivative function, a number of information was obtained, supporting the identification of the process of creating the microstructure of the tested alloy and enabling the prediction of the physical properties of the products manufactured from this alloy.

Urządzenie zawiera próbnik 1 na badany, stopiony metal, w kształcie metalowego stożka bez podstawy, usytuowanego wierzchołkiem ku dołowi, wokół podstawy którego jest przymocowany kołnierz, którego krawędzie są wsparte na wspornikach 7 przymocowanych do pionowych ramion konstrukcji nośnej 8 urządzenia. Pod wierzchołkiem próbnika 1, w jego osi symetrii, jest usytuowana dysza emisyjna 2 do wytwarzania mgły wodnej, przymocowana do dolnego ramienia konstrukcji nośnej 8. Nad próbnikiem 1, w jego osi symetrii, jest usytuowany element kwarcowy 5 do definiowania powierzchni próbki badanego metalu, przymocowany rozłącznie do kołnierza próbnika 1 za pomocą uchwytu 6, zaś nad elementem kwarcowym 5, także w osi symetrii próbnika 1, jest usytuowana kamera termowizyjna 3 z obiektywem 4 do rejestrowania zmian promieniowania cieplnego z powierzchni metalu zdefiniowanej przez element kwarcowy 5. Kamera 3 jest przymocowana do górnego ramienia konstrukcji nośnej 8 urządzenia i połączona z komputerem wyposażonym w oprogramowanie do sporządzania wykresu krzywej stygnięcia oraz wyznaczenia parametrów funkcji derywacyjnej, na podstawie sygnałów zmian promieniowania cieplnego badanego metalu.The device comprises a sampler 1 for the tested, molten metal, in the shape of a metal cone without a base, situated with the apex downwards, around the base of which a collar is attached, the edges of which are supported on supports 7 attached to the vertical arms of the supporting structure 8 of the device. Below the apex of the probe 1, in its axis of symmetry, there is an emission nozzle 2 for producing a water mist, attached to the lower arm of the support structure 8. Above the probe 1, in its axis of symmetry, a quartz element 5 for defining the surface of the sample of the tested metal is located. detachably to the flange of the probe 1 by means of a holder 6, and above the quartz element 5, also in the axis of symmetry of the probe 1, a thermal imaging camera 3 with a lens 4 for recording changes in thermal radiation from the metal surface defined by the quartz element 5. The camera 3 is attached to of the upper arm of the supporting structure 8 of the device and connected to a computer equipped with software for plotting the cooling curve and determining the parameters of the derivative function, based on the signals of changes in thermal radiation of the tested metal.

Po napełnieniu próbnika 1 stopionym badanym metalem włącza się zasilanie dyszy emisyjnej 2 i dobiera stosunek ilości wody i powietrza we mgle wodnej, zapewniający maksymalnie szybkie odparowanie wody z powierzchni próbnika 1. Jednocześnie włącza się kamerę termowizyjną 3 i łączy ją z oprogramowaniem komputera, w którym startuje się pomiar promieniowania cieplnego. KołnierzAfter the sampler 1 is filled with the molten metal to be tested, the emission nozzle 2 is turned on and the ratio of the amount of water and air in the water mist is selected, ensuring the fastest possible evaporation of water from the surface of the sampler 1. At the same time, the thermal imaging camera 3 is turned on and connected with the computer software in which it starts measurement of thermal radiation. Collar

PL 236 393 B1 próbnika 1 zabezpiecza próbkę badanego materiału przed dostępem kropel wody. Po przeprowadzonej analizie i ostygnięciu badanego metalu kończy się rejestrację pomiaru zapisując plik w oprogramowaniu komputera połączonego z kamerą 3, wyłącza się dopływ mgły wodnej do dyszy 2, usuwa uchwyt 6 z próbnika 1, zdejmuje próbnik 1 ze wsporników 7 i obracając próbnik 1 wierzchołkiem do góry usuwa się z niego badany metal wraz z elementem kwarcowym 5.The probe 1 protects a sample of the test material against water droplets. After the analysis has been carried out and the tested metal has cooled down, the recording of the measurement is completed by saving the file in the software of the computer connected to the camera 3, turning off the water mist flow to the nozzle 2, removing the handle 6 from the probe 1, removing the probe 1 from the supports 7 and turning the probe 1 with its tip upwards the tested metal is removed from it with the quartz element 5.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób przeprowadzenia analizy termicznej i derywacyjnej krzepnącego materiału, zwłaszcza metalu, polegający na wprowadzeniu badanego materiału, w stanie stopionym, do próbnika, w którym następuje jego stygnięcie i krzepnięcie, rejestrowaniu zmian temperatury materiału podczas stygnięcia i krzepnięcia i sporządzeniu, na podstawie sygnałów zmian temperatury, wykresu zmian temperatury materiału w funkcji czasu, czyli wykresu krzywej stygnięcia opisującej kinetykę krystalizacji badanego materiału oraz wyznaczeniu wartości pierwszej i drugiej pochodnej krzywej stygnięcia w funkcji czasu, czyli parametrów funkcji derywacyjnej tego materiału, znamienny tym, że próbnik z umieszczonym w nim stopionym materiałem poddaje się chłodzeniu mgłą wodną zawierającą wodę i powietrze w ilościach tak dobranych, aby zapewniały maksymalnie szybkie odparowanie kropel wody z powierzchni próbnika i podczas stygnięcia materiału rejestruje się, za pomocą kamery termowizyjnej, zmiany promieniowania cieplnego adekwatne do zmian temperatury powierzchni badanego materiału w jego środku cieplnym, zdefiniowanej za pomocą elementu o wysokiej transmisyjności cieplnej, po czym sygnały tych zmian wprowadza się do programu komputerowego, za pomocą którego, na ich podstawie, sporządza się wykres krzywej stygnięcia oraz wyznacza parametry funkcji derywacyjnej badanego materiału.1. The method of carrying out thermal and derivative analysis of the solidifying material, especially metal, consisting in introducing the tested material, in a molten state, into the sampler, where it cools down and solidifies, recording changes in the temperature of the material during cooling and solidification, and preparing, based on the signals of changes temperature, a graph of material temperature changes as a function of time, i.e. a graph of the cooling curve describing the crystallization kinetics of the tested material and determining the value of the first and second derivative of the cooling curve as a function of time, i.e. the parameters of the derivative function of this material, characterized in that the sampler with the molten material placed in it subjected to cooling with water mist containing water and air in amounts selected so as to ensure the fastest possible evaporation of water droplets from the surface of the sampler, and while the material cools down, changes in thermal radiation are recorded using a thermal imaging camera and equal to changes in the surface temperature of the tested material in its thermal medium, defined by an element with high thermal transmittance, and then the signals of these changes are entered into a computer program, by means of which, on their basis, a graph of the cooling curve is prepared and the parameters of the derivative function are determined material being tested. 2. Układ do przeprowadzenia analizy termicznej i derywacyjnej krzepnącego materiału, zwłaszcza metalu, zawierający próbnik na badany, ciekły materiał oraz element do rejestracji zmian temperatury tego materiału podczas stygnięcia i krzepnięcia, połączony z urządzeniem do sporządzania, na podstawie sygnałów tych zmian, wykresu zmian temperatury materiału w funkcji czasu, czyli wykresu krzywej stygnięcia badanego materiału oraz wyznaczania wartości pierwszej i drugiej pochodnej krzywej stygnięcia w funkcji czasu, czyli parametrów funkcji derywacyjnej tego materiału, znamienny tym, że zawiera próbnik (1) na badany materiał, w kształcie metalowego stożka bez podstawy, usytuowanego wierzchołkiem ku dołowi, wokół podstawy którego jest przymocowany kołnierz, którego krawędzie są wsparte na wspornikach (7) przymocowanych do pionowych ramion konstrukcji nośnej (8) urządzenia, pod wierzchołkiem próbnika (1), w jego osi symetrii, jest usytuowana dysza emisyjna (2) do wytwarzania mgły wodnej, przymocowana do dolnego ramienia konstrukcji nośnej (8), nad próbnikiem (1), w jego osi symetrii, jest usytuowany element kwarcowy (5) do definiowania powierzchni próbki badanego materiału, przymocowany rozłącznie, za pomocą uchwytu (6) do kołnierza próbnika (1), zaś nad elementem kwarcowym (5), także w osi symetrii próbnika (1), jest usytuowana kamera termowizyjna (3) do rejestrowania zmian promieniowania cieplnego z powierzchni tego materiału definiowanej przez element kwarcowy (5), przymocowana do górnego ramienia konstrukcji nośnej (8), połączona z komputerem wyposażonym w oprogramowanie do sporządzania wykresu krzywej stygnięcia oraz wyznaczenia parametrów funkcji derywacyjnej, na podstawie sygnałów zmian promieniowania cieplnego badanego materiału.2. A system for thermal and derivative analysis of the solidifying material, especially metal, containing a probe for the liquid material to be tested and an element for recording temperature changes of this material during cooling and solidification, connected with a device for preparing a temperature change graph based on the signals of these changes material as a function of time, i.e. a graph of the cooling curve of the tested material and determination of the value of the first and second derivative of the cooling curve as a function of time, i.e. the parameters of the derivative function of this material, characterized by the fact that it contains a probe (1) for the tested material, in the shape of a metal cone without a base located vertically downwards, around the base of which a collar is attached, the edges of which are supported on brackets (7) attached to the vertical arms of the device's supporting structure (8), under the apex of the probe (1), in its axis of symmetry, there is an emission nozzle ( 2) for generating water fog, with attached to the lower arm of the supporting structure (8), above the probe (1), in its axis of symmetry, there is a quartz element (5) for defining the surface of the test material sample, detachably attached to the probe's flange (1) by means of a handle (6) and above the quartz element (5), also in the symmetry axis of the probe (1), there is a thermal imaging camera (3) for recording changes in thermal radiation from the surface of this material defined by the quartz element (5), attached to the upper arm of the supporting structure (8) ), connected with a computer equipped with software for plotting the cooling curve and determining the parameters of the derivative function, based on the signals of changes in thermal radiation of the tested material.
PL412870A 2015-06-26 2015-06-26 Method and the system for conducting thermal and derivative analysis of solidifying material, preferably metal PL236393B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL412870A PL236393B1 (en) 2015-06-26 2015-06-26 Method and the system for conducting thermal and derivative analysis of solidifying material, preferably metal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL412870A PL236393B1 (en) 2015-06-26 2015-06-26 Method and the system for conducting thermal and derivative analysis of solidifying material, preferably metal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL412870A1 PL412870A1 (en) 2017-01-02
PL236393B1 true PL236393B1 (en) 2021-01-11

Family

ID=57629122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL412870A PL236393B1 (en) 2015-06-26 2015-06-26 Method and the system for conducting thermal and derivative analysis of solidifying material, preferably metal

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL236393B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL412870A1 (en) 2017-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gillen et al. Photocalorimetric cooling rate measurements on a Ni-5 wt% A1 alloy rapidly solidified by melt spinning
Piątkowski et al. Testing phase changes in Al-Si alloys with application of thermal analysis and differential calorimetric analysis
CN106872512A (en) A kind of method for testing the behavior of metal material rapid solidification and solidification hot-fluid
RU2198390C2 (en) Sampler for temperature analysis
CN102759416A (en) Continuous temperature measuring device and method during directional solidification
CN1936524A (en) Pouring-basket plug-rod with continuous temperature measuring function
US3643509A (en) Thermocouple lance
Li et al. Investigation on local cooling in reducing freckles for directionally solidified superalloy specimens with abruptly varying cross-sections
CN107014813A (en) A kind of steel continuous casting billet solidifies arborescent structure detection method
CN108663364A (en) A kind of method that in-situ observation formulates abros continuous casting cooling system
PL236393B1 (en) Method and the system for conducting thermal and derivative analysis of solidifying material, preferably metal
CN109563635B (en) Method and apparatus for electrolyte composition analysis
Alkemper et al. Solidification of aluminium alloys in aerogel moulds
Löffler et al. Solidifying incongruently melting intermetallic phases as bulk single phases using the example of Al2Cu and Q-phase in the Al–Mg–Cu–Si system
KR102131005B1 (en) Solidification simulator
WO2008038297A2 (en) An apparatus and method for determining the percentage of carbon equivalent, carbon and silicon in liquid ferrous metal
JP3308276B2 (en) Non-contact continuous temperature measurement method for solidification of alloys
IT202000014695A1 (en) EQUIPMENT FOR THE ANALYSIS OF NON FERROUS METALLIC ALLOYS AND PARTICULARLY FOR 'S.T.A.' TYPE ANALYSIS, SYSTEM FOR THE QUALITY CONTROL OF LIGHT ALLOYS INCLUDING SUCH EQUIPMENT AND OPERATING METHOD OF SUCH EQUIPMENT
TWI483794B (en) Immersion device of monitoring temperature and method of monitoring temperature of horizontal cross-section of molten metal casting by using the same
RU120772U1 (en) LIQUID METAL SAMPLE
JPH03172731A (en) Method and device for preparing standard sample of zinc base metal
Echin et al. Turbine blades production technique equipment built with a glance of high-gradient directional crystallization process nature
Kharicha et al. Experimental and numerical investigations of NH4Cl solidification in a mould Part 1: Experimental results
TWI515166B (en) Method and apparatus for solidification and purification of metallic silicon
RU2220409C2 (en) Procedure establishing convective heat transfer coefficient