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Perfectionnements aux éléments 1>imétalliques
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Cette invention se rapporte à des riisP0>31tifs.thArmo:Jtatlques et particulièrement à des éléments bimétalliques pour ces dis-
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positifs, comprenant deux alliages coopérante, de préférence
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des alliages de fer, oonveriablement assembles, dont l'un présente un coefficient de dilatation thermique élevé et l'autre un coefficient de àiltàtàtion peu élevé S8iJlbla1.Jle à celui d'un
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alliage de nickel et de fer.
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Il est 'biu connu que le fer pur lorsqu'il est cnau!'fé pansue par un point de transformation à 9000C environ, et lorsqu'on le chaufle davantage il passe par un second point
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de transformation à 1400 C à peu près. La texture du fer en
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dessous de 90000 est communément comme sous la désignation de texture cristalline alpha. ntre 900 C et l40oOC, la texture cristalline du fer pur est connue sous le non d'austénite ou fer gamma et au-dessus de 1400 C la texture cristalline change pour devenir ce qu'on appelle le fer delta.
Lorsqu'il est chauffé, le fer se dilate uniformément jus-
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qu'à 90000 et présente un coefficient de dilatation thermique de 12 x 10 crr. approximativement par degré 0 et entre 900 C et 1400 0, ou entre son premier et son second point de transformation, il se dilate uniformément mais dans une mesure beaucoup plus élevée, le coefficient de dilatation étant ap-
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proximativement de 20 x 10 6enr, par degré 0. Au-dessus de 1400 C le fer pur se dilate dans une mesure moindre que le fer qui possède une texture austenitique.
L'invention consiste essentiellement à employer comme élément à coefficient de dilatation thermique élevé, un allia-
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ge conteiint du fer relativement pur et une quantité notable de manganèse. Uii pareil alliage, lorsqu'il est chauffé, possede à peu près les mêmes caractéristiques de dilatation que In fer ayant une texture cristilline austénitique, sur une -2lle de températures allant de + 150 C a + 500 C. Cet alliage est réversible dans ses caractéristiques theimiques sur cette échelle de températures; c'est-à-iire qu'il suit la même courbe de dilatation pendant le chauffage que pendant le refroidissement.
Entre 100 C et environ 125 C, l'alliage de
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fer et de lUd.Il:;dJ.lèse posséda un coefficient de dilatation thermique qui ne diffère pas sensiblement de celui d'un allia-
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ge de fer et de nickel, mais au-delà de 12500 l'alliage de fer et de manganèse présente un coefficient de dilatation
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thermique beaucoup plus élevé. L'alliage de fer de manganèse lorsqu'il est uni a un alliage qui possède un coefficient de dilatation relativement bas pour former un élément bimétalli- que est d'une grande utilité dans les dispositifs thermostati- ques ainsi qu'il est expliqué ci-dessous.
Suivant la présente invention on peut aussi ajouter du nickel, ou un autre élément constitutif d'alliage produisant le même effet, à l'alliage qui possède un coefficient de di- latation thermique élevé, pour élever la transformation de gamma à delta au-dessus de l'échelle de températures ci-dessus mentionnée. Cornue le manganèse n'est pas aussi coûteux que le nickel il est désirable d'employer le manganèse comme élément prédominant de l'alliage, pour autant que les autres caracté- ristiques de l'alliage le permettent.
On a trouvé qu'avec
10 % de nickel, la caractéristique d'une dilatation élevée que présente l'austenite ou le fer gamma est assurée sur une échelle de températures comprise entre - 100 C; au moins et + 400 C:
L'alliage à coefficient de dilatation thermique élevé, qui contient du fer, du manganèse et du nickel, peut renfer- mer jusqu'a 15 % environ (le manganèse, et des exemples sont donnés ci-dessous d'alliages ayant moins de 8 % et de 8 à
15 d de nickel.
Fig. 1 montre les courbes de dilatation thermique de deux alliages de fer, dont l'un contient du fer et du man- ganese, et d'un élément bimétallique renfermant ces deux alliages.
Fig. 2 montre les caractéristiques de dilatation ther- mique d'un alliage de fer contenant du manganèse et 8 à 15 % @
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ie nickel,et d'un second alliage due fer contenant riu nickel, représentées schél.tique.tprlt par des courbes, ainsi que la différence de dilatation entre ces deux alliages, qui constitue la. mesure de la flexion qui peut être obtenus à une tempéra-
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ture quelconque lorsque ces deux a]liages sont unis pour for- mer une bande bimétallique.
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Fig..5 représente les caractéristiques de 7a dilatation thermique d'un alliage de fer, de nickel et de manganèse, pré-
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sentant moins de 8 4 de nickel,
et celles d'un alliage due fer et de nickel ainsi que la courbe les différences de -Ululation entre ces alliages, et
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li5. 4 représente les caractéristiques de 1 dilatation therihique d'un autre alliage de nickel et d1liu1Hh<:!.uf;se ayant .Ji.OL1S de 6 de nickel et celles d'un alliage do fer et de nickel, ainsi que la courbe des différences de dilatations entre cesalliages.
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Dans les dessins, l'échelle verticale c'e3t-à-dire l'axe des ordonnées représente les dilatations en r.1illihlAs par unité de longueur et 11 iLhelle horizontale ou l'axe des abscisses reljrd.36ute la température en degrés C.
Sur la Fig. 1, la courbe de dilatation désignée par le chiffre 11 représente la caractéristique des dilatations d'un
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alliage contenant du ual;a,lièse, du fer et un pourcentage 1.J.1üi1J.ê
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de carbone. La courbe désignée par le chiffre 12 représente les caractéristiques de la dilatation thermique d'un alliage de nickel et de fer qui forme un élément bimétallique avec l'alliage représente par la courbe 11. La courbe 13 figurée par une ligne en traits interrompus représente la différence des dilatations entre les alliages des courbes 11 et 12, à la quelle la flexion d'un élément bimétallique composé de ces alliages est directement proportionnelle dans des conditions appropriées.
L'alliage représenté par la courbe 11 possède un très haut coefficient de dilatation thermique entre 100 C et 500 C.
Entre 100 C et - 150 C le coefficient de dilatation décroit et se rapproche du coefficient de dilatation de l'alliage repré- senté par la courbe 12. Il est à remarquer qu'entre - 150 C et + 100 0 la différence entre les ordonnées des courbes 11 et 12 est à peu près nulle comme l'indique la courbe 13. De 100 C à 400 C les différences dans la dilatation des alliages 11 et 12 est très marquée et un caractère uniforme. l'élément bimétallique représenté par la courbe 13 conserve une dilatation élastique à une température de 500 C environ.
On peut faire varier la caractéristique thermique (le l'alliage représenté cai la courbe 11 en changeant la teneur en manganèse entre les limites de 15 % et 30 % à peu près et en faisant des additions modérées d'autres éléments constitutifs d'alliages. L'alliage représenté par la courbe 12 peut être un alliage de fer et de nickel, ayant un coefficient de dilatation désiré quelconque, propre à être utilisé conjointement avec l'alliage de manganèse et de fer.
Un élément bimétallique, comprenant un alliage fer-nickel a 45 % et un alliage ferreux contenant 23 % de manganèse et
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1 de carbone montre une grande sensibilité à se modifier à une température comprise entre les températures de 150 C et
400 C environ. filtre 150 C et - 150 C cet élément bimétallique présente une dilatation qui peut être considérée comme nulle en pratique.
Pour cette raison il n'est guère soumis à de grands efforts mécaniques dans cette échelle de températures.
Il est entendu que la teneur en nickel de l'alliage re- présente par la courbe la¯ peut être variée suivant la quantité de manganèse, ou autres éléments constitutifs additionnels, contenue dans l'alliage représenté par la. courbe 11, de maière a pouvoir obtenir un élément bimétallique pour dispositifs thermostatiques, capable d'opérer sur une gamme de températures relativement étendue, a laquelle il doit être considéré comme affecte, et a peu près Insensible à des températures qui ne sont pas comprises dans cette gamme de températures.
Sur la Fig. 2, la courbe 11 représente les caractéristiques de. dilatation thermique d'un alliage ferreux contenant approximativement des parties égalesde manganèse et de nickel en quantités notables. La courbe 12 représente la caractéristi- que des dilatations d'un alliage ferreux à coefficient de dilatation relativement bas, qui contient approximativement 38 % de nickel, et la courbe 13 représente la caractéristique de flexion thermique d'un bimétal composé des alliages représentés par les courbes 11 et 12. Les ordonnées de la courbe 13 sont obtenues en retranchant les ordonnées de la courbe 12 des or- données de la courbe 11.
Il est à remarquer que la courbe de l'alliage caractérisé par la ligne 11 présente une concavité dirigée vers le haut entre - 150 C et - 75 0 approximativement et qu'elle eut à peu
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près rectiligne entre - 750C et + 450 C, la régularité de cette courbe montrant que l'alliage composé de manganèse, de nickel et de fer se dilate à peu près uniformément sur l'échelle des températures de - 75 Cà + 450 C.
La courbe 12 représente approximativement un alliage de fer à 38 % de nickel, coopérant avec l'alliage représenté par la courbe 11 et il y a lieu de remarquer que la caractéristique de dilatation de l'alliée fer-nickel est à peu près uniforme entre - 100 et environ + 250 C.
La caractéristique des dilatations thermiques d'un bimétal formé des alliages représentés par les courbes 11 et 12 est figurée en particulier par la courbe 13. Il y a lieu de remarquer que le bimétal formé de ces alliages présente une flexion à peu près uniforme entre - 75 C et à peu près + 250 C..
A des températures plus élevées que 300 C, le bimétal fléchit dans une mesure moindre qu'entre - 100 0 et 300 C et la courbe se rapproche de l'horizontal, indiquant que la flexion décroît à mesure que la température augmente.
L'échelle des températures pour laquelle la, caractéristi- que du coefficient de flexion thermique est uniforme, entre 0 C et 250 C, peut être étendue à des températures plus élevées que 250 C. Ainsi, un bimétal composé de l'alliage de la courbe 11 et d'un alliage ayant une teneur en nickel plus élevée que l'alliage de la courbe 12 aura, une caractéristique de déviation rectiligne entre - 100 C et une température plus élevée que - 300 C, suivant l'augmentation de la proportion de nickel dans l'alliage correspondant à la courue 12.
Il est désirable que la teneur en manganèse plus deux fois et demie la teneur en nickel ne soit pas inférieure à 30 %. Les quantités de nickel et de manganèse peuvent se trouver en plus grandes quantités pourvu que les caractéristi-
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ques générales de températures de l'alliage représente par la courbe 11 ne s'en écarte pas notablement. Un alliage ferreux,
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lu caractère considéré, contenant 10 /; ;le manganèse et 10 de nickel est particulièrement sensible à des changements 1e te;pérd.tura et possède une caractéristique de dilatation thermi- que uniforme.
On peut varier le degré de dilatation thermique du bilé-m +--il, suivant la Fig. 2, en augmentant ou diminuant la teneur en nickel de l'alliage fer-nickel. On peut également faire varier les caractéristiques de dilatation thermique du bimétal suivant la destination qu'il doit recevoir, en modifiant la teneur en nickel ou la teneur en manganèse ou à la fois la teneur en ni-
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ekPl et en manganèse de l'alliage ier-iii :
kei manganèse et la teneur en nickel de l'alliage fer-nickel.
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nur la 2ir. j 3 la courue 11 représente les caractéristiques de dilatation thermique d'un alliage ferreux à ooefiicient due dilatation élevé contenant du nickel et moins de 8 e, de rl1-1uganèse, et la courbe 1? représente les caractéristiques de diluatation thermique d'un alliage fer-nickel c. 4z ( a. coefficient le dilatation relativement bas. La courbe 13 représente la caractéristique de déviation thermique d'un bande bimétallique composée des alliages représentés par des courbes 11 et 12.
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3ur la Fig. 4, la courbe 14 représente la caractéristique ,de dilatation thermique à'u.i alliage ferreux à coefficient i..: dllatation é1dV J, coutelld.üt du nickel et du rua.nt;S<1.J.e se erl. proportions différentes de celles de l'alliage représenté par la courbe 11. La courbe 15 représente les caractéristiques de dilatation d'un alliage fer-nickel à 42 % et la courbe 16 les caractéristiques d'une bande de bimétal formée en assemblant convenablement entre elles des bandes faites au moyen des alliages représentés par les courbes 14 et 15.
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La dilatation de l'alliage représenté par la courba 11 -le la Fig. 3augmente graduellement de 0 C à approximativement 100 C, mais à partir de 100 C jusqu'à des températures supérieures à 400 C, la dilatation se fait dans une mesure beaucoup plus forte et est approximativement uniforme.
La dilatation de l'alliage représente par la courbe 12 est à peu près uniforme entre 0 C et 300 C mais à des températures dépassant 300 C la dilatât ion augmenta très rapidement.
La courbe 13 représente la dilatation d'un bimétal forme par les alliages 11 et 12 et il est à remarquer qu'entre 0 C et environ 100 C, la dilatation n'en est pas appréciable, mais entre 10000 et 350 C approximativement, la dilatation est presque uniforme et a une allure très rapide. Le coefficient de dilatation entre ces dernières températures est relativement élevé, et il est en réalité plus élevé que le coefficient de dila.tation d'un bimétal compose d'un métal monel et d'un. acier au nickel.
L'alliage correspondant à, la courbe 12 est particulièrement utile pour le contrôle de températures entre 150 C et 350 C. En dessous de 150 C la dilatation n'est pas si grande et pour cette raison, lorsque le dispositif n'est pas en activité, les efforts dans le métal sont considérable- ment réduits, ce qui tend à en augmenter la durée.
Sur la Fig. 4, l'alliage fer-manganèse - nickel représenté par la courbe 14 diffère par le teneur en manganèse-nickel de l'alliage représenté par la courbe 11 de la Fig. 3. Il y a lieu de noter qu'entre 0 C et 2000C la dilatation, de ce métal ne diffère pas sensiblement de celle de l'alliage d'acier à 42 % de nickel. Ceci est particulièrement évident dans la courbe 16, dont la partie comprise entre 0 C et 200 C est à peu près plate et se trouve un peu en dessous de l'axe des
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abscisses correspondant à une dilatation nulle. :En réalité la courbure du bimétal est légèrement inversée entrp ces tempéra- tures.
De 200 C à 400 C, le métal se dilate dans une mesure relativement forte. Son coefficient de dilatation est parti- culièrement élevé entre ces températures.
Le teneur en nickel des alliages représentes par ces cour- bas 11 et 14 peut varier entre des limites de 15% et 40% appro- ximativement et la teneur en manganèse entre les limites de 1 % et 8 % a peu près.
La teneur en nickel des alliages représentes par les courbes 12 et 15 peut varier entre les limites de 38 % et 45 % approximativement.
Un bimétal composé des alliages représentes par les courbes 14 et 15 est particulièrement utile dans la gamme des températures de 200 C a 400 C qui constitue l'échelle pour laquelle il est le plus sensible aux changements de températures.
Lorsque ce bimétal se refroidit en-dessous de 200 C, les coefficients de dilatation des deux métaux sont sensiblement égax, ce qui réduit les efforts entre eux en-dessous de cette température. La teneur en manganèse-nickel de l'alliage à coefficient de dilatation élevé peut être modifiée suivant la gamme -les températures à laquelle un bimétal dont il constitue l'un des éléments coopérants doit être soumis. Cornue la flexion d'un bimétal correspondait à la courbe 13 est très faible à 150 C, les efforts qui sont directement proportionnels à la flexion sont relativement faibles et à peu près nuls en pratique.
Ce phénomène est désirable car il réduit les efforts a des températures relativement élevées et permet d'employer le bimétal à ces températures sans sacrifier la sensibilité.
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Bleu que les courber représentatives de la caractéristi- que de dilatation thermique d'un élément à faible coefficient de dilatation soient désignées comme se rapportant à un alliage ferreux contenant du nickel, l' invention n'est pas limitée à l'emploi de cet alliage, étant donna que d'autres alliages ayant un faible coefficient de dilatation peuvent être utilisés. Toutefois la teneur en nickel de l'alliage mentionné cidessus peut dans certains cas être notablement inférieure à 45 de 1'ensemble de l'alliage.
Un bimétal proféré, suivant les Fig.3 3 et 4, est compo- ôé d'un alliage ferreux contenant 38 % de nickel et 4.6% de manganèse, et d'un alliage ferreux coopérant avec le premier et contenant approximativement 42% de nickel, et ce bimétal est très utile dans la gamme de. températures s'étendant entre 200 C et approximativement 400 C. De 0 C à 200 C ce bimétal possède un coefficient de flexion pratiquement nui.
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Improvements to 1> imetallic elements
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This invention relates to riisP0> 31tifs.thArmo: Jtatlques and particularly to bimetallic elements for these devices.
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positive, comprising two cooperating alloys, preferably
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iron alloys, oonveriably assembled, one of which exhibits a high coefficient of thermal expansion and the other a low coefficient of tension S8iJlbla1.Jle to that of a
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alloy of nickel and iron.
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It is 'well known that pure iron when it is cnau!' Fé paunched by a transformation point at about 9000C, and when it is heated further it passes through a second point
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transformation at 1400 C approximately. The texture of iron in
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below 90,000 is commonly referred to as alpha crystal texture. Between 900 C and 140oOC, the crystal texture of pure iron is known as austenite or gamma iron and above 1400 C the crystal texture changes to what is called delta iron.
When heated, iron expands uniformly to
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than 90,000 and has a coefficient of thermal expansion of 12 x 10 crr. approximately by degree 0 and between 900 C and 1400 0, or between its first and its second point of transformation, it expands uniformly but to a much higher extent, the coefficient of expansion being ap-
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approximately 20 x 10 6enr, per degree 0. Above 1400 C, pure iron expands to a lesser extent than iron which has an austenitic texture.
The invention essentially consists in employing as an element having a high thermal expansion coefficient, an alloy
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It contains relatively pure iron and a significant amount of manganese. Such an alloy, when heated, has roughly the same expansion characteristics as iron with an austenitic cristilline texture, over a temperature range of + 150 C to + 500 C. This alloy is reversible in its thermal characteristics on this temperature scale; that is, it follows the same expansion curve during heating as it does during cooling.
Between 100 C and about 125 C, the alloy of
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iron and Ud.Il:;dJ.lèse possessed a coefficient of thermal expansion which did not differ appreciably from that of an alloy.
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age of iron and nickel, but above 12,500 the alloy of iron and manganese has a coefficient of expansion
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much higher thermal. The manganese iron alloy when joined to an alloy which has a relatively low coefficient of expansion to form a bimetallic element is of great utility in thermostatic devices as explained above. below.
According to the present invention one can also add nickel, or another constituent alloying element producing the same effect, to the alloy which has a high thermal expansion coefficient, to raise the transformation from gamma to delta above. of the temperature scale mentioned above. Since manganese is not as expensive as nickel it is desirable to employ manganese as the predominant element of the alloy, so far as the other characteristics of the alloy permit.
We found that with
10% nickel, the high expansion characteristic of austenite or gamma iron is ensured on a temperature scale between - 100 C; at least and + 400 C:
The high thermal expansion coefficient alloy, which contains iron, manganese and nickel, can contain up to about 15% (manganese, and examples are given below of alloys with less than 8 % and from 8 to
15 d of nickel.
Fig. 1 shows the thermal expansion curves of two iron alloys, one of which contains iron and manganese, and a bimetallic element containing these two alloys.
Fig. 2 shows the thermal expansion characteristics of an iron alloy containing manganese and 8 to 15% @
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ie nickel, and a second alloy due iron containing riu nickel, represented schél.tique.tprlt by curves, as well as the difference in expansion between these two alloys, which constitutes the. measurement of the bending which can be obtained at a temperature
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ture when these two bonds are united to form a bimetallic strip.
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Fig..5 represents the characteristics of thermal expansion of an alloy of iron, nickel and manganese, pre-
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smelling less than 8 4 nickel,
and those of an alloy of iron and nickel as well as the curve of the differences in -Ululation between these alloys, and
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li5. 4 represents the characteristics of the thermal expansion of another alloy of nickel and d1liu1Hh <:!. Uf; being having .Ji.OL1S of 6 of nickel and those of an alloy of iron and nickel, as well as the curve of differences in expansion between these alloys.
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In the drawings, the vertical scale i.e. the y-axis represents the expansions in r.1illihlAs per unit length and 11 the horizontal scale or the x-axis reljrd.36ute the temperature in degrees C.
In Fig. 1, the expansion curve designated by the number 11 represents the characteristic of the expansion of a
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alloy containing ual; a, lièse, iron and a percentage 1.J.1üi1J.ê
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of carbon. The curve designated by the number 12 represents the characteristics of the thermal expansion of an alloy of nickel and iron which forms a bimetallic element with the alloy represented by the curve 11. The curve 13 represented by a dashed line represents the difference in the expansions between the alloys of curves 11 and 12, at which the bending of a bimetallic element composed of these alloys is directly proportional under appropriate conditions.
The alloy represented by curve 11 has a very high coefficient of thermal expansion between 100 C and 500 C.
Between 100 C and - 150 C the coefficient of expansion decreases and approaches the coefficient of expansion of the alloy represented by curve 12. It should be noted that between - 150 C and + 100 0 the difference between the ordinates of curves 11 and 12 is almost zero as indicated by curve 13. From 100 C to 400 C the differences in the expansion of alloys 11 and 12 is very marked and uniform in character. the bimetallic element represented by curve 13 maintains elastic expansion at a temperature of approximately 500 ° C.
The thermal characteristic can be varied (the alloy shown in curve 11) by varying the manganese content between the limits of 15% and 30% approximately and by making moderate additions of other constituent elements of alloys. The alloy shown by curve 12 can be an alloy of iron and nickel, having any desired coefficient of expansion suitable for use in conjunction with the alloy of manganese and iron.
A bimetallic element, comprising a 45% iron-nickel alloy and a ferrous alloy containing 23% manganese and
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1 carbon shows a high sensitivity to change at a temperature between temperatures of 150 C and
Approximately 400 C. filter 150 C and - 150 C this bimetallic element exhibits an expansion which can be considered as zero in practice.
For this reason it is hardly subjected to great mechanical forces in this temperature scale.
It is understood that the nickel content of the alloy represented by curve lā can be varied depending on the amount of manganese, or other additional constituent elements, contained in the alloy represented by la. curve 11, so as to be able to obtain a bimetallic element for thermostatic devices, capable of operating over a relatively wide range of temperatures, to which it must be considered to be affected, and almost insensitive to temperatures which are not included in this temperature range.
In Fig. 2, curve 11 represents the characteristics of. thermal expansion of a ferrous alloy containing approximately equal parts of manganese and nickel in substantial amounts. Curve 12 represents the expansion characteristic of a relatively low coefficient of expansion ferrous alloy which contains approximately 38% nickel, and curve 13 represents the thermal flex characteristic of a bimetal composed of the alloys represented by the curves 11 and 12. The ordinates of curve 13 are obtained by subtracting the ordinates of curve 12 from the ordinates of curve 11.
It should be noted that the curve of the alloy characterized by line 11 has a concavity directed upwards between - 150 C and - 75 0 approximately and that it had little
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near rectilinear between -750C and + 450C, the regularity of this curve showing that the alloy composed of manganese, nickel and iron expands roughly uniformly on the temperature scale from -75 C to + 450 C.
Curve 12 represents approximately a 38% nickel iron alloy cooperating with the alloy shown by curve 11 and it should be noted that the expansion characteristic of the iron-nickel alloy is roughly uniform between - 100 and approximately + 250 C.
The characteristic of the thermal expansions of a bimetal formed from the alloys represented by curves 11 and 12 is shown in particular by curve 13. It should be noted that the bimetal formed from these alloys exhibits an approximately uniform bending between - 75 C and approximately + 250 C ..
At temperatures higher than 300 C, the bimetal flexes less than between -100 0 and 300 C and the curve approaches horizontal, indicating that the flexion decreases as the temperature increases.
The temperature scale for which the characteristic of the thermal flexural coefficient is uniform, between 0 C and 250 C, can be extended to temperatures higher than 250 C. Thus, a bimetal composed of the alloy of curve 11 and of an alloy having a higher nickel content than the alloy of curve 12 will have a characteristic of rectilinear deviation between - 100 C and a temperature higher than - 300 C, depending on the increase in the proportion nickel in the alloy corresponding to run 12.
It is desirable that the manganese content plus two and a half times the nickel content is not less than 30%. The quantities of nickel and manganese may be found in larger quantities provided that the characteristics
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general temperature ques of the alloy represented by curve 11 does not deviate significantly. A ferrous alloy,
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read character considered, containing 10 /; manganese and nickel are particularly sensitive to changes in temperature and have a uniform thermal expansion characteristic.
The degree of thermal expansion of the bile-m + - il can be varied, according to FIG. 2, by increasing or decreasing the nickel content of the iron-nickel alloy. The thermal expansion characteristics of the bimetal can also be varied depending on the destination it is to receive, by modifying the nickel content or the manganese content or both the ni-
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ekPl and manganese of the ier-iii alloy:
kei manganese and the nickel content of the iron-nickel alloy.
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nur la 2ir. j 3 the course 11 represents the thermal expansion characteristics of a high expansion ooefiicient ferrous alloy containing nickel and less than 8 e, of rl1-1uganese, and curve 1? represents the thermal expansion characteristics of an iron-nickel alloy c. 4z (a. Relatively low coefficient of expansion. Curve 13 represents the thermal deflection characteristic of a bimetallic strip composed of the alloys represented by curves 11 and 12.
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3 in FIG. 4, curve 14 represents the characteristic of thermal expansion of a ferrous alloy with coefficient i ..: expansion é1dV J, coutelld.üt of nickel and rua.nt; S <1.J.e se erl. proportions different from those of the alloy represented by curve 11. Curve 15 represents the expansion characteristics of a 42% iron-nickel alloy and curve 16 the characteristics of a bimetal strip formed by suitably joining together. bands made from the alloys represented by curves 14 and 15.
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The expansion of the alloy represented by the curve 11 in FIG. 3 gradually increases from 0 C to approximately 100 C, but from 100 C to temperatures above 400 C the expansion occurs to a much greater extent and is approximately uniform.
The expansion of the alloy represented by curve 12 is roughly uniform between 0 C and 300 C but at temperatures above 300 C the expansion increased very rapidly.
Curve 13 represents the expansion of a bimetal formed by alloys 11 and 12 and it should be noted that between 0 C and approximately 100 C, the expansion is not appreciable, but between 10,000 and 350 C approximately, the expansion is almost uniform and has a very rapid pace. The coefficient of expansion between these latter temperatures is relatively high, and it is actually higher than the coefficient of expansion of a bimetal composed of a monel metal and a. nickel steel.
The alloy corresponding to, curve 12 is particularly useful for controlling temperatures between 150 C and 350 C. Below 150 C the expansion is not so great and for this reason, when the device is not in operation. activity, the stresses in the metal are considerably reduced, which tends to increase their duration.
In Fig. 4, the iron-manganese-nickel alloy shown by curve 14 differs in the manganese-nickel content of the alloy shown by curve 11 in FIG. 3. It should be noted that between 0 C and 2000C the expansion of this metal does not differ significantly from that of the 42% nickel steel alloy. This is particularly evident in curve 16, the part of which between 0 C and 200 C is roughly flat and lies a little below the axis of
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abscissa corresponding to zero dilation. : In reality the curvature of the bimetal is slightly reversed between these temperatures.
From 200 C to 400 C, the metal expands to a relatively large extent. Its coefficient of expansion is particularly high between these temperatures.
The nickel content of the alloys represented by these curves 11 and 14 may vary between limits of approximately 15% and 40% and the manganese content between limits of approximately 1% and 8%.
The nickel content of the alloys represented by curves 12 and 15 can vary between the limits of 38% and 45% approximately.
A bimetal composed of the alloys represented by curves 14 and 15 is particularly useful in the temperature range of 200 C to 400 C which is the scale for which it is most sensitive to temperature changes.
When this bimetal cools below 200 ° C., the expansion coefficients of the two metals are approximately equal, which reduces the forces between them below this temperature. The manganese-nickel content of the high coefficient of expansion alloy can be varied depending on the temperature range to which a bimetal of which it constitutes one of the cooperating elements must be subjected. However, the bending of a bimetal corresponding to the curve 13 is very low at 150 C, the forces which are directly proportional to the bending are relatively low and almost zero in practice.
This phenomenon is desirable because it reduces the forces at relatively high temperatures and allows the bimetal to be used at these temperatures without sacrificing sensitivity.
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Blue that the curves representative of the thermal expansion characteristic of a low coefficient of expansion element are designated as relating to a ferrous alloy containing nickel, the invention is not limited to the use of this alloy. , since other alloys having a low coefficient of expansion can be used. However, the nickel content of the above-mentioned alloy may in some cases be significantly less than 45 of the alloy as a whole.
A profiled bimetal, according to Figs. 3 3 and 4, is composed of a ferrous alloy containing 38% nickel and 4.6% manganese, and a ferrous alloy cooperating with the first and containing approximately 42% nickel , and this bimetal is very useful in the range of. temperatures ranging from 200 C to approximately 400 C. From 0 C to 200 C this bimetal possesses a virtually reduced flexural coefficient.