DE7721381U

DE7721381U - Gerät mit einem Tiegel zum thermischen Analysieren von Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE7721381U
Application number: DE19777721381
Authority: DE
Original assignee: Societe de Vente de lAluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1978-03-09

Description

Das Prüfen von flüssigen Metallegierungen durch Thermoanalyse besteht darin, eine Probe flüssigen Metalls zu entnehmen und sie unter gleichen und wiederholbaren Bedingungen erstarren zu lassen, wobei der Temperaturverlauf als Punktion der Zeit angezeigt, insbesondere aufgezeichnet wird. Es ist bekannt, daß bei den aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Legierungen zwischen der Liquidustemperatur (Erstarrungsbeginn) und der Solidustemperatur (Erstarrungsende) ein Erstarrungsintervall besteht. Innerhalb dieses Intervalls.jedoch nimmt die Temperatur nicht gleichmäßig ab: die Ausscheidung einer neuen Phase zeigt sich durch mehr oder weniger abrupte Änderungen in der Steilheit, die Ausscheidungen von Eutektika durch Haltepunkte. Die" Beobachtung dieser Ereignisse, insbesondere die Größe der Haltepunkte gibt Aufschluß über die Zusammensetzung der Legierung. Die Anwendung dieses Verfahrens zum Prüfen der Gußeisen- und Stahlsorten vor dem Gießen ist üblich. In diesem Falle wird die Temperatur des Erstarrungsbeginns der Legierung festgestellt, woraus sich ein Hinweis auf die chemische Zusammensetzung (Kohlenstoffäquivalent bei Gußeisensorten, Kohlenstoffgehalt bei Stählen) ergibt.

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Für diese Art von Messungen wird ein Gerät der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform benutzt. Das flüssige Metall wird in einen gewöhnlich aus Kernsand hergestellten Tiegel 1 gegossen, der innen mit einem Schutz versehen ist. Bei der ; Herstellung des Tiegels 1 wird ein Thermoelement 2 etwa in das Zentrum des Tiegels 1 eingesetzt. Da die Lötstelle des 5 Thermoelementes 2 während der Messung direkte Berührung mit \ dem Metall hat, muß der verwendete Draht verhältnismäßig kräftig sein und hat "beispielsweise einen Durchmesser von etwa 0,5 mm. Da die Tiegel nur einmal "benutzt werden, sind sie im allgemeinen so ausgebildet, daß sie sich an einem Träger 3 anordnen lassen, der mit Kontaktstiften versehen ist, die bei am Träger 3 aufruhendem Tiegel 1 den Kontakt zwischen den Drähten des Thermoelementes 2 und einer Kompensationsleitung 4 herstellen, mit denen sie mit einem Anzeigegerät 5, das insbesondere ein Schreibgerät sein kann, verbunden sind.

Bei der thermischen Analyse oder Thermoanalyse der Aluminiumlegierungen, insbesondere der Aluminium-Süizium-Gießlegierungen, deren Zusammensetzung der eutektischen nahekommt, ) sind mehr noch als Informationen über die Zusammensetzung solche über den Modifikationszustand der Legierung interessant. Es ist bekannt, daß dieser Legierungstyp sehr unterschiedliche (modifizierte) metallurgische Gefüge haben kann, je nachdem, ob schwierig bestimmbare oder leicht herauslösbare Elemente, z.B. Natrium, Calcium, Phosphor, Antimon etc., vorhanden oder nicht vorhanden sind. Die Unterscheidungsmerk- [ male dieses Gefüges sind das Vorhandensein oder das Fehlen ·;

von primär ausgeschiedenem Si_? das Fein- oder Grobgefüge des J Al-Si-Eutektikums, die Form und die Größe der Aluminium- ?^; dendrite, Nun haben diese Gefüge einen beträchtlichen Einfluß nicht nur auf die mechanischen Eigenschaften der Formstücke, sondern auch auf ihr Verhalten beim Gießen und insbesondere auf die Größe und die Form des Lunkers. So können in bestimmten Fällen, insbesondere keim Kokillenguß, nur dann gesunde Gußstücke hergestellt werden, wenn sie ein

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ganz bestimmtes Gefüge öder einen ganz ¹Oestimmten Modifikationsgrad aufweisen. Es ist daher sehr wichtig, unmittelbar vor dem Gießen den Modifikationszustand der zu vergießenden Legierung zu kennen. Nun kann dieser Modifikationszustand nach einigen der Parameter der Abkühlungskurven beurteilt werden, z.B. nach der Unterkühlung bei der eutektischen Erstarrung, nach der exakten Temperatur im eutektisch.en Haltepunkt, nach der Steilheit der Abkühlungskurve nach der eutektischen Erstarrung. Die Veränderungen dieser Parameter sind geringer als bei den Eisenlegierungen, so daß exakter gemessen werden muß. Es ist also vorteilhaft, eine vom vorstehend beschriebenen Gerät verschiedene Vorrichtung zum Lösen der folgenden Probleme zu verwenden:

a) Der vorstehend beschriebene Tiegel 1 nimmt beim Füllen zu viel Wärme auf. Dies stört den Anfang der Kurve und kann gelegentlich den Erstarrungsbeginn völlig verdecken (da die Liquidustemperatur erreicht ist, bevor noch das Thermoelement die Temperatur der Legierung angenommen hat). Selbst wenn dies nicht zutrifft, ist jedoch die Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr während der gesamten Erstarrung nicht konstant, was zum Nachteil hat, daß die Steuerung der Kornfeinung ungenau wird.

Dieser Nachteil wird zum Teil durch Vorwärmen des Tiegels ausgeglichen, dies verkompliziert jedoch die Messung und schafft eine neue Quelle für Streuungen.

b) Der Durchmesser des Thermoelementes ist zu groß, was hauptsächlich am Ende der Erstarrung eine Störung der Messung hervorruft. Das Thermoelement trägt zur Wärmeabfuhr bei, wahrscheinlich durch Leitung durch die Drähte, was in bestimmten !Fällen das Auftreten einer zweiten Erstarrungsfront hervorruft, die vom Thermoelement nach außen wandert.

Diese Erscheinung macht es völlig unmöglich, das Verhalten der Legierung hinsichtlich der Lunkerbildung vorauszusehen, was dadurch geschieht, daß die Regelmäßigkeit der von außen nach innen wandernden normalen Erstarrungsfront beurteilt wird.

c) Die Erstarrungszeit ist zu kurz und gestattet das gute Beurteilen der Erscheinungen nicht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät, ^aS ^es gestattet, diese Schwierigkeiten zu lösen, und daher für die Thermoanalyse der Aluminiumlegierungen besonders gut geeignet ist. Dieses in Fig. 2 dargestellte Gerät ist von einem kleinen Tiegel 6 aus dünnem Stahlblech gebildet, in dessen Boden ein zentrales Loch 7 eingearbeitet ist. Am Boden des Tiegels 6 ist ein Kissen 8 von einigen Millimetern bis einige zehn Millimeter Dicke aus wärmeisolierendem Werkstoff, beispielsweise aus Kernsand, angeordnet. Das Kissen 8 hält in seinem Zentrum ein dünnes metallisches Rohr 9 aus, beispielsweise, rostfreiem Stahl, das an seinem oberen Abschnitt geschlossen ist und als Schutzhülle für das zum Messen benutzte Thermoelement dient. Der untere Abschnitt des Rohres 9 ist in das Kissen 8 aus Kernsand eingelassen und.berührt den metallischen Boden des Tiegels 6 nicht, so daß die Wärmeverluste über den Boden des Tiegels 6 vermieden sind.

In das Innere des zentralen metallischen Rohres 9 wird ein gepanzerter thermoelektrischer Meßfühler so eingeführt, daß sich die Lötstelle dieses Thermoelementes ungefähr auf der Höhe des geschlossenen oberen Abschnittes des zentralen Rohres 9 befindet.

Die Abmessungen des Tiegels 6 können beispielsweise folgende sein:

- Durchmesser zwischen 40 und 70 mm, vorzugsweise etwa 55 mm,

- Höhe zwischen 50 und 120 mm, vorzugsweise etwa 95 mm.

Das Blech muß eine geringe Dicke zwischen 0,1 und 1 mm, vorzugsweise von etwa 0,2 mm haben, damit die Färmekapazität wenig groß ist. Aus dem gleichen Grunde müssen die Hülle für das Thermoelement und das Thermoelement selbst geringe Abmessungen haben: vorzugsweise wird ein gepanzertes Thermoelement von etwa 1 mm Durchmesser verwendet, das in eine

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Hülle von etwas größerem Durchmesser eingeführt wird. Die Hülle ist in der Länge so gewählt, daß sich ihr oberer Abschnitt etwa auf der Höhe der Hälfte der freien Höhe über dem Kissen 8 aus Isolierwerkstoff befindet, dessen Dicke etwa 15 mm beträgt.

Ein solches Gerät hat die folgenden Vorteile:

- seine Wärmekapazität ist wenig groß,

- seine Wärmeträgheit ist sehr gering, so daß sich der Tiegel 6 selbst und das Thermoelement praktisch augenblicklich aufwärmen,

- die "Abkühl"-Wirkung des Thermoelementes ist praktisch vernachlässigbar,

- das Thermoelement ist dauernd verwendbar, es wird nicht, wie zuvor, bei jeder Messung zerstört,

- die Erstarrungszeit der Probe beträgt durchschnittlich 6 min 30 s, was eine gute Darstellung der Erscheinungen erlaubt..

Die Erfindung schafft aomit ein Gerät zum thermischen Analysieren der Aluminiumlegierungen während ihrer Erstarrung, das einen Tiegel aufweist, dessen Wände und Boden aus Peinblech sind, der in seinem Zentrum mit einer mit vertikaler Achse angeordneten Schutzhülle für ein Thermoelement versehen ist und dessen Boden mit einem Kissen aus Isolierwerkstoff abgedeckt ist.

Das Gerät nach der Erfindung dient besonders zur Bestimmung des Modifikationszustandes der Silicium enthaltenden Aluminiumgießlegierungen.

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Claims

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1. Gerät mit einem Tiegel zum thermischen Analysieren von Legierungen, insbesondere Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet , daß der Tiegel (6) eine metallische Umhüllung in Gestalt eines Zylinders mit einem Boden aufweist, dessen Seitenwände von uinem dünnen Metallblech gebildet sind und dessen Boden mit einem zentralen Loch (7) versehen ist, ein Kissen (8) aus isolierendem Werkstoff, das am Boden des Zylinders eng anliegend angeordnet ist und in das ein durchgehendes axiales Loch eingearbeitet ist, welches das zentrale Loch (7) des Bodens verlängert, und eine metallische, dünnwandige Hülle (Rohr 9) für ein Thermoelement, die in der zentralen Öffnung des Kissens (8) gehalten oder mit dieser vergossen ist, deren oberer, geschlossener Abschnitt etwa auf halber Höhe des Zylinders über dem Kissen (8) angeordnet ist und deren unterer, offener Abschnitt den metallischen Boden des Zylinders nicht berührt.

2. Gerät nach Anspuch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Tiegel (6) die folgenden ungefähren Abmessungen hat: Höhe 50 bis 120mm, Durchmesser 40 bis 70 mm, Dicke des Blechs 0,1 bis 1mm, Durchmesser der Hülle (Rohr 9) für ein Thermoelement etwas über 1mm, Dicke des Kissens (8) einige Millimeter bis einige zehn Millimeter.

3. Gerät zum thermischen Analysieren von Aluminiumlegierungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Hülle (Rohr 9) ein thermoelektrxscher Meßfühler so angeordnet ist, daß sich seine Lötstelle auf der Höhe des oberen, geschlossenen Abschnittes der Hülle (Rohr 9) befindet.

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