DE2641046A1 - Geraet zum messen der phasenumwandlung in metallischen werkstoffen - Google Patents
Geraet zum messen der phasenumwandlung in metallischen werkstoffenInfo
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Description
- Gerät zum Messen der Phasenumwandlung
- in metallischen Werkstoffen0 Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät zum Erzeugen,Ermittelnund Registrieren der Änderungen der magnetischen Eigenschaften in einem metallischen Werkstoff,wie Stahl, in Bezug auf emperaturänderungen.
- Die große Bedeutung von Stahl als Bauwerkstoff beruht auf den Möglichkeiten der umfangreichen Veränderung seiner mechanischen Eigenschaften durch Wärmebehandlung.
- Um ein gewünschtes Ergebnis zu erhalten,ist ein geeigneter Stahl auszuwählen entsprechend den Veränderungseigenschaften von Austenit und geeignete Abkühlungsmöglichkeiten dafür zu finden.
- Das Mikrogefüge,das sich aus der Veränderung (Umwandlung) von Austenit im Stahl ergibt und von dem die Eigenschaften von Stahl abhängen,ist üblicherweise als isothermales oder kontinuierlich ablaufendes Abkühlungs-Phasenumwandlungs-Diagramm ( IT -oder CCT- Diagramm) dargestellt,von denen das CCT-Diagramm vorzugsweise praktische Bedeutung erlangt hat.
- Verschiedene Verfahren zur Festslegung solcher Diagramme sind bekannt.Viele dieser Verfahren werden nur für die Studian (Untersuchungen) bei isothermalen kristallinen Phasenumwandlungen verwendet.
- Im Prinzip sind folgende Verfahren als geeignet für eine Untersuchung eines kontinuierlichen Abkühlens bekannt Röntgenstrahlen-Diffraktion ;Widerstandsveränderungsmessungen;Dilatometer;magnetische Messenden und thermische Analysen.
- Auf der Basis-aller dieser Verfahren sind Anstrengungen unternommen worden,um Meßgeräte für Phasenumwandlungsprozesse zu bauen. Es haben sich jedoch große Schwierigkeiten in der Meßtechnik bei der Ausbildung dieser Geräte ergeben,so daß bisher nur auf der Basis der Dilatometer-Verfahren geeignete Geräte geschaffen sind0 Zur Zeit sind im allgemeinen nur Dilatometer als Phasenumwandlungsmeßgeräte geeignet.
- Bei dem Dilatometer-Verfahren ist die Feststellung der kristallinen Phasenumwandlung auf der Grundlage der Ermittlung der volumetrischen Änderungen geçündet,die sich bei der Umwandlung ergeben. Ein hierbei verwendetes Werkstoff-Testmuster besteht aus einem dünnen zylindrischen Stab,dessen Veränderung der Länge mit Hilfe einer Quarzstange übertragen werden,wobei das Ende der Teststange einen induktiven Detektor berUhrt.Schwierigkeiten bei dieser Methode werden durch die große Empfindlichkeit beim Messen bei geringen Veränderungen der Länge und auch des mechanischen Kontaktes hervorgerufen,der zwischen dem Meßdetektor und der Teststange besteht. Daher ist die Dilatometer-Meßgeräteausführung nicht geeignet für Phasenumwandlungsmessungen,die bei hohen Abkühlungsraten auftreten ( > 100 OC/s), Die magnetischen Veränderungen,die mit der Phasenumwandlung verbunden sind,sind bereits herangezogen worden,wenn ein Phasenumwandlungsmeßgerät entwickelt worden ist .Hierzu wird auf die Zeitschrift"Steel"vom Januar 1968 S.14 verwiesen.Dieses Meßgerät besteht aus zwei Paaren von Spulen, von denen das eine Paar ein Vergleichspaar bildet.Die Spulen werden durch eine Brückenschaltung so verbunden,daß kein Strom durch das Meßgerät zwischen den BrUckenverbindungsstellen fließt. Wenn jedoch magnetische Eigenschaften des Testwerkstoffes sich ändern'fließt ein Strom zwischen den Spulen ,dessen Wert von dem Strommesser ablesbar ist und die Größe der auftretenden magnetischen änderungen können dadurch ermittelt werden.Solche oder ähnliche Geräte haben nicht die notwendige Genauigkeit.Zusätzlich dazu ist die Verwendung von zwei Spulen-Paaren und einigen Brückenverbindungen nachteiligha der erhaltene Stromwert in eine ausreichende Größe der Phasenumwandlung übertragen werden muss.
- Ein Meßgerät mit kommerzieller Bedeutung,das besser vergleichsweise ist als ein Gerät nach dem Dilatometer-Prinzip muß folgende Eigenschaften besitzen Das Gerät muss zur Phasenumwandlungsmessung geeignet sein bei hohen Abkühlungsraten (-1000C/s herunter bis zu 1OC/min Die Meßergebnisse dürfen nicht umfangreich und doch leicht durchzuführen sein.
- Die Meßgeräte müssen einfach und leicht zu handhaben sein, Die Meßwerte sollen leicht schätzbar sein.
- Das Testmuster soll einfach und klein gehalten sein.
- Die effektive Lebensdauer des Gerätes soll lang sein.
- Es nuß möglich sein,verschiedene praktische Fälle und theoretische Anwendungen mit Hilfe des Gerätes zu simulieren.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,ein Meßgerät zu schaffen,das auf der Ermittlung der Permeabilitätsveränderungen beruht und die vorstehenden Anforderungen erfüllt.
- Gemaß der Erfindung ist ein Gerät zum Messen der kristallinen Phasenumwandlung in metallischen Werkstoffen unter BerAcksichtigung der ferromagnetischen Xnderungenin Abhängigkeit von Temperaturänderungen dadurch gekennseichnet,daß eine ein Testmuster umfassende Spule mit einem die Permeabilitätsveränderungendes Testmusters messenden Gerät wie harmonischen Osziallator elektrisch leitend verbunden ist,das vorzugsweise mit einem die Frequenzänderungen aufnehmenden Anzeigegerät verbunden ist.
- Dabei ist es bevorzugt,einen das Testmuster enthaltenden, mit einem Kühlmittel beaufschlagten strahlendurchlässigen Behälter vorzusehen,der teilweise in die Spule hineinragtwobei der Behälter aus Quarz bestehen kann.
- Weiterhin ist es bevorzugt,daß im Abstand zum Testmuster ein Hohlspiegel mit einer in seinem Brennpunkt angeordneten Wärmequelle wie Strahlungslampe angeordnet ist,deren Strahlen auf das in einem anderen Brennpunkt des Hohlspiegels angeordnete Testmuster gerichtet ist.
- An dem Testmuster sind in bevorzugter Weise Drähte eines Thermoelementes befestigt,das rückkoppelnd mit einer elektrischen Steuereinrichtung für die Temperatur des Testmusters verbunden ist.
- Mit der Änderung der Permeabilität verändert sich die Induktivität der Spule und des Meßgerätes wie harmoiischen Oszillators,dessen Frequenzänderungen durch bekante Anzeigegeräte sichtbar gemacht werden.Dabei kann die Frequenzänderung mittels pulsierender Technik in Gleichspannung umgewandelt werden; eine Umwandlung in eine digitale Form ist auch möglich.
- Das Meßgerät hat den Vorteil,die Zerfalls-Eigenschaften von Austenit bei Abkühlungsgeschwindigkeiten von max.
- 1 000 °C/s prüfen zu können.
- Anstelle der Permeabilitätsänderung kann auch die Widerstandsänderung des Testmusters zur Änderung der Frquenz des Oszillators herangezogen werden.
- Im wesentlichen besteht das Meßgerät aus einer Anzeigeeinrichtung für die Phasenumwandlung,Testmuster-Halterungen Heiz-und Kühleinrichtungen für das Testmuster,Temperaturmeßeinrichtungen,Steuer-und Leistungseinheit.
- Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 ein Block-Diagramm eines Permeabilitätsmeßgerätes, Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Meßgerät der Phasenumwandlung in Prinzipdarstellung, Fig. 3 ein typisches Messdiagramm bei Veränderungen der Permeabilität in Abhängigkeit von der Temperatur, Fig. 4 ein CCT-Diagramm als Diagramm der PHasenumwandlung, In dem Meßgerät gemäß der Erfindung beruht die Ermittlung der Phasenumwandlung auf der Messung magnetischer Veränderungen (Permeabilitätsveränderung) im zu testenden Werkstoff-Muster.Es ist bekannt,daß Austenit (und Ferrit oberhalb der Curie-Temperatur) paramagnetisch ist (relative Permeabilität) während Ferrit unterhalb der Curie-Temepratur ferromagnetisch ist. Mit der Auflösung von Austenit unterhalb der Curie-Temperatur,was gewöhnlich der Fall ist,steigt die Permeabilität des Testmusters im Verhältnis zur Bildung von Ferrit, Mit dem Meßgerät gemäß der Erfindung wird die Veränderung der Permeabilität des Testmusters mit Hilfe einer Feststellungs-Spule 2 ermittelt,die das Testmuster umgibt.
- Diese Feststellungs-Spule 2 ist Teil eines harmonischen Oszillators 3 und bringt die Impedanz,welche die Oszillationsfrequenz des Oszillators setzt.
- Die Veränderung in der Permeabilität des Testmusters bewirkt die Veränderung in der Impedanz der Feststellungs-Spule 2,die im Wechsel den Wechsel in der Frequenz des Oszillators bewirkt,dessen Wechsel proportional zu der Größe der Permeabilitätsveränderung ist. Zusammen mit diesem Wechsel (dieser Veränderung) findet auch eine Änderung im Widerstand innerhalb des Testmusters statt,der von der Veränderung in der Temperatur und der Phasenumwandlung herrührt.Jedoch ist der Effekt in der Veränderung der Frequenz nicht so bedeutend wie im Vergleich zur Permeabilität;jedoch kann bei paramagnetischem Werkstoff diese Änderung in der Frequenz als eine Quelle für korrespondierende Beobachten benutzt werden.DerWechsel in der Frequenz ändert sich bei der Verwendung der an sich bekannten Pugierungstechnik in eine direktproportionale Veränderung der Gleichspannung in einer Umwandlungseinheit 4.
- Die verwendete Grundfrequenz ist verhältnismäßig groß ausgewählt (2600/s),um selbst bei geringen Änderungen der Permeabilität Meßergebnisse zu haben0 Natürlich ist es möglich,das Meßgerät mit mehr als einer Grundfrequenz auszustatten.
- Das Testmuster 1,das in dem erfindungsgemäßen Umwandlungs-Meßgerät eingesetzt werden kann,kann klein gehalten sein und auch in seiner Form nicht genau festgelegt sein.Vom technischen Standpunkt aus ist vorzugsweise ein zylindrisches Testmuster vorgesehen, Das Testmuster 1 kann durch Schweißen mit einer Stromentnahme an einem Musterhalter 5 befestigt sein0 Auf dem gleichen Wege sind weiterhin mit dem Testmaster 1 die Drähte 6 eines Pt-PtRh-Thermoelementes befestigt.Der btusterhalter 5 hat zum Auswechseln des Musters ein Stativ 7,das ebenso wie der Musterhalter,das Thermoelementes 6 und das Testmuster 1 selbst in einer Quarzglasröhe 8 im Hinblick auf die Feststellungsspule 2 so gelagert,daß das Testmuster 1 so zentral wie möglich innerhalb der Spule 2 liegt. Als Schutzgas wird beispielsweise Argon in die Quarz glasröhre 8 von einer getrennten Quelle aus zugeführt mittels eines Stutzens 9.Die Aufgabe des Schutzgases ist es,einerseits das Testmuster gegen Oxidation zu schützen und andererseits zu kühlen0 Zur Beheizung des Testmusters wird eine Strahlungsquelle wie eine Lampe (z.B. Halogenlampe) 11 verwendet ,daeine Strahlungswätme das Messen der Permeabilität und der Temperatur nicht stört.Das Testmuster 1 ist in einem Brennpunkt eines elliptischen Spiegels 10 angeordnet,der im Abstand zur Feststellungsspule 2 angeordnet ist so,daß die Wärmestrahlen das estmuster 1 treffen,das in einem anderen Brennpunkt angeordnet ist. Dazu ist die Quarzglasröhre etwa parallel zu den Wärmestrahlen angeordnet und mit ihrem das Testmuster enthaltenen geschlossenen Ende in die Spule 2 hineinragt.
- Die Leistung der Wärmequelle 11 wird vorzugsweise reguliert mit Hilfe einer stufenlos programmierten Steuereinrichtung 12, die von verschiedenen Abkühlungskurven programmiert wird.Eine Rückkopplungsverbindung besteht zwischen der Thermoelement 6 und der Steuereinrichtung 12.Das Permeabilitätsmeßgerät 13 gemäß Fig.l hat einen Oszillator 3,der mit einem weiteren Meßgerät 14 verbunden ist "das mit dem Thermoelement 6 bezw.
- dem Stativ 7 verbunden ist.Die Steuereinrichtung 12 ist auch mit dem Meßgerät 14 verbunden.
- Die Feststellung oder Untersuchung der Pasenumwandlung in dem Testmuster 1 wird mit dem erfindungsgemäßen Meßgerät wie folgt ausgeführt Die gewünschte Abkühlungskurve wird der Steuereinheit 12 aufgegeben.Das Testmuster 1 mit dem Musterhalter 5 und dem Stativ 7 ist in Stellung gebracht und das Schutzgas tritt durch den Stutzen 9 in die Quarzglasröhre 8 ein.Die Wärmelampe 11 wird gedreht.Nachdem das Testmuster eine ausreichende Temperatur durch die darauf gerichtete Wärmelampe erreicht hat'werden das Permeabilitätsmeßgerät 13,das Meßgerät 14, die Steuereinrichtung 12 auf die Messung eingerichtet.Die Steuereinrichtung 12 legt die Leistung der Wärme lampe 11 so fett'daß die Abkühlung des Testmusters 1 durch das Gas der gewünschten Kurve folgt.Wenn die Kurven gemäß Fig. 3 gewählt werden,welche die Temperatur einerseits und die Veränderung der Permeabilität des Testmusters andererseits anzeigen und diesen beiden entsprechen,ist es leicht,die Anfangs-und Endpunkte von verschiedenen Phasenumwandlungen festzustellen.
- Die Durchführung ausreichender Anzahl von Tests mit verschiedenen Abkühlungsraten ist auf der Grundlage dieser Versuche möglich und ein sehr genaues (verglichen mit Dilatormetermessungen) CCT-Diagramm zu zeichen,das für jeden Werkstoff (Stahl) charakteristisch ist.
- Bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät besteht der wesentliche Vorteil auch darin,daß Testmuster dazu leicht herzustellen sind und auch leicht in der Feststellungs-Spule 2 untergebracht werden können.Weiterhin kann das Testmuster klein sein;es findet keine Wärmeübertragung aus der Umgebung in unerwünschter Weise statt,so daß es möglich ist,sehr gute Abkühlungsverfahren vorzunehmen.
- Zusätzlich dazu kann das erfindungsgemäße Meßgerät zur Simulation von komplizierteren Arbeitsmethoden bei der Wärmebehandlung benutzt werden.
- Leerseite
Claims (7)
- Patentansprüche 1. Gerät zum Messen der Phasenumwandlung in metallischen Werkstoffen unter Berücksichtigung der ferromagnetischen Änderungen in Abhängigkeit von Temperaturänderungen, gekennzeichnet durch eine ein Testmuster umfassende Feststellungs-Spule (2) ,die mit einem die Perneabilitätsveränderungen im Testmuster messenden Gerät (13) wie harmonischen Oszillator elektr,leitend verbunden ist.
- 2. Gerät zum Messen nach Anspruch l'dadurch gekennzeichnet,daß ein das Testmuster enthaltendes,mit einem Kühlmittel beaufschlagten,strahlendurchlSssigenBehälter vorgesehen ist,der teilweise in die Spule (2) hineinragt,wobei der Behälter (8) aus Quarz vorzugsweise gebildet ist.
- 3. Gerät zum Messen nach den Ansprüchen 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet,daß im Abstand zum Testmuster bezw.dessen Halter (5) ein Hohlspiegel ( 10) mit einer in seinem Brennpunkt angeordneten Wärmequelle(ll) wie Strahlungslampe vorgesehen ist,deren Strahlen auf das in einem anderen Brennpunkt angeordnete Testmuster gerichtet sind.
- 4. Gerät zum Messen nach den Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet,daß an dem Testmuster zu befestigende Drähte (6) vorgesehen sind,die zu einem Thermoelement geführt sind,das rUckkoRelnd mit einer elektrischen Steuereinrichtung (12) für die Temperatur des Testmusters (1) leitend verbunden rist.
- 5. Gerät zum Messen nach den Ansprüchen 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet'daß das Testmuster (1) an einem Halter(5) befestigt ist,der mit einem Stativ (7) verbunden ist.
- 6. Gerät zum Messen nach den Ansprüchen 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet,daß das Meßgerät (13) mit einem weiteren Meßgerät (14) geschaltet ist,das mit dem Thermoelement (6) verbunden ist.
- 7. Gerät zum Messen nach den Ansprüchen 1 bis 6'dadurch gekennzeichnet,daß der Oszillator (13) eine Frequenz von 72000 1/8 hat.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4686471A (en) * | 1984-10-09 | 1987-08-11 | Kawasaki Steel Corporation | System for online-detection of the transformation value and/or flatness of steel or a magnetic material by detecting changes in induced voltages due to interlinked magnetic fluxes in detecting coils |
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