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PROCEDE DE FABRICATION D'OBJETS BIMETALLIQUES.
La présente invention concerne la fabrication d'objets bimétalliques et vise notamment la fabrication de tels objets exposés à de très grandes fluc- tuations de température qui risquent de nuire à lassemblage entre les deux mé- taux.
Les objets bimétalliques du type mentionné ci-dessus se composent d'un élément ayant la propriété de présenter une grande résistance, et d'un élé- ment fixé au premier et ayant la propriété dabsorber et de dissiper la chaleur du dit premier élément résistant. Les métaux ayant des propriétés aussi dissem-' blables sont généralement dissemblables sous d'autres rapports moins avantageux, et ils ont par exemple des coefficients de dilatation thermique très différents.
Des exemples communs de tels métaux sont les métaux ferreux et l'aluminium, ainsi que les alliages à base daluminium dont on fait utilement de nombreux objets bimétalliques exposés, à l'usage, à un traitement mécanique et thermique rigoureux, tels que, par exemple, les cylindres et pistons de moteurs à combus- tion interne, les cylindres et pistons de pompes, les paliers, les boîtiers de tubes à vide, les tambours de freins, les engrenages ou autres mécanismes, les ustensiles de'cuisine, etco
La pellicule mince d'alliage de fer et d'aluminium qui se forme sur là surface intermédiaire entre les pièces relativement épaisses de fer et d'a- luminium résiste très fortement à la séparation entre ces pièces, même lorsque l'objet est soumis à un traitement physique et thermique rigoureux,
malgré que l'alliage de fer et d'aluminium qui constitue le lien entre les pièces ne soit pas très robuste par lui-même et qu'il soit plutôt très cassant. Néanmoins, tout défaut ou toute autre détérioration résultant, dans l'objet, d'un traitement ex- trêmement rigoureux, se produit ordinairement dans l'un des éléments, par suite de sa construction ou de ses propres propriétés physiques.Dans certains cas, lorsque l'objet est tubulaire ou cylindrique et soumis à de très grandes fluc- tuations de température avec des périodes soutenues, mais irrégulières, de hau- te température et en même temps à de lourdes charges physiques, la grande dif- férence entre les coefficients de dilatation thermique de l'aluminium et du plus commun des métaux ferreux,
l'acier, impose au lien un très grand effort qui tend
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à briser l'alliage cassant dont il est constitué. Bien que l'on puisse ré- duire cet état de choses au minimum en alliant à l'aluminium un métal qui abaisse la dilatation thermique de l'aluminium., cet expédient nuit à la pro- priété désirable qu'a l'aluminium de transmettre et de dissiper la chaleur, et pour laquelle l'aluminium a été choisi de préférence à tout autre métal.
A titre d'exemple d'un objet bimétallique cylindrique exposé à des fluctuations de température et en même temps à de lourdes charges, on ci- tera un tambour de frein constitué par une pièce intérieure cylindrique à friction en métal ferreux tel que de l'acier, avec laquelle les patins de frein peuvent venir en contact, et par un manchon ou blanchet extérieur épais en aluminium lié à la surface extérieure du cylindre en acier et muni d'ai- lettes ou de nervures pour dissiper plus rapidement la chaleur de frottement dégagée dans la pièce de friction en acier et absorbée par l'aluminium.
Par suite de la grande différence entre les coefficients de dilatation thermique de ces éléments tubulaires assemblées, l'élément extérieur en aluminium tra- vaille normalement à la tension, l'élément intérieur en acier travaille nor- malement à la compression et le lien travaille normalement à la compression.
On a constaté que lorsque l'objet est chauffé au-dessus d'une cer- taine température, les éléments travaillent en sens inverse, c'est-à-dire que l'élément extérieur en aluminium travaille à la compression, l'élément inté- rieur en métal ferreux travaille à la tension, et le lien travaille à la ten- sion. Tant que l'effort de tension agissant sur le lien est sensiblement uni- forme par unité de surface de ce lien, celui-ci n'est pas soumis à un effort dangereux et il n'est pas détérioré, même lorsque la température s'élève jus- qu'à un haut degré, ce qui augmente la tension subie par le lien, cet état de choses se produisant par exemple dans les cylindres de moteurs à combustion interne.
Toutefois, lorsqu'une augmentation rapide de la température jus- qu'à un degré élevé est accompagnée par l'action simultanée de charges physi- ques irrégulières pouvant avoir pour conséquence que l'effort exercé sur le lien ne soit plus uniforme, par exemple lorsqu'un véhicule fortement chargé tel qu'un omnibus ou un camion muni de tambours de freins bimétalliques en acier et aluminium est freiné continuellement, mais non uniformément, dans une descente, non seulement les conditions d'effort thermique régnant dans l'ensemble du frein bimétallique sont renversées, mais la charge physique ajoutée à la tension thermique dans le lien, charge qui n'est pas uniforme, peut provoquer la rupture ou la fracture de l'alliage cassant qui forme la matière du lieno Cette tendance est plus prononcée dans un tambour de frein, par exemple,
d'autant plus que la forte charge retardatrice produite par les patins de frein crée un effort circulaire de cisaillement à glissement dans le lien entre les éléments, ce qui peut entraîner finalement la rupture phy- sique d'un lien déjà affaibli pour les raisons décrites. En conséquence, un ensemble bimétallique ayant une solidité extraordinaire lui permettant de ré- sister sans détérioration à un traitement thermique et physique extrêmement rigoureux, que ce traitement soit attendu ou non pour l'ensemble, serait très désirable.
La présente invention a pour but de créer un objet bimétallique constitué par deux éléments liés entre eux et composés de métaux ayant dif- férents coefficients de dilatation thermique, ainsi que leur procédé de fa- brication, ces dits objets pouvant être soumis à de très grandes fluctuations de température, en même temps qu'à des charges physiques, sans que le lien unissant les deux éléments soit détérioré.
L'invention consiste à faire des ensembles bimétalliques composés de deux éléments liés entre eux et formés de métaux ayant des coefficients de dilatation dissemblables, tels que l'acier et l'aluminium, l'élément en métal non ferreux de grande dilatation ayant une épaisseur déterminée d'avance d'a- près une formule empirique telle que les efforts relatifs de tension et de
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compression qui se produisent dans l'élément extérieur et dans l'élément in- térieur, ainsi que dans le lien, dans une gamme de températures normales d'u tilisation et pendant la durée de ces températures, soient maintenus à des températures supérieures à celles de cette gamme, de manière que le lien ne soit pas détérioré, et comme le lien n'est pas détérioré, la solidité et la conductibilité calorique,
ainsi que d'autres propriétés de l'objet bimétal- lique sont conservées, même pour des objets cylindriques soumis aux condi- tions physiques et thermiques de fonctionnement les plus rigoureuses.
L'invention est décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels fige 1 est une coupe transversale d'un exemple de réalisation d'un tambour de frein établi suivant l'invention et auquel celle-ci est ap- pliquée ; fige 2 est un graphique représentant les épaisseurs nécessaires données au blanchet ou manchon d'aluminium, suivant l'invention, pour diffé- rentes températureso
On considérera d'abord la figo 1, qui représente un tambour de frein donné à titre d'exemple d'objet métallique conforme à la présente in- vention.
Le numéro de référence 10 désigne le tambour cylindrique en acier dont la surface circulaire interne est telle que les patins de frein puissent venir en contact à friction avec elle lorsque le tambour tourne avec la roue correspondante, non représentée. Un manchon ou blanchet 11, relativement épais, en métal ayant une grande conductibilité calorique, tel que l'alumi- nium ou un alliage à base d s aluminium, est monté sur la surface extérieure du tambour 10 et fixé sur cette surface.La pellicule de fer et d'aluminium servant de lien entre les pièces 10 et 11 est désignée par 12. L'élément 11 peut être muni de nervures ou d'ailettes 13 assurant le rayonnement de la chaleur et venues de fonderie avec l'élément 11 ou usinées dans celui-ci après sa coulée, suivant les exigences du cas.
Dans le cas représenté à titre d'exemple et dans lequel le blan- chet ou manchon cylindrique extérieur 11 est en aluminium ou alliage à base d'lauminium ayant un grand coefficient de dilatation thermique, ainsi que la propriété désirée de posséder une grande conductibilité calorique. Isolé- ment extérieur 11 de grande dilatation se rétrécira, pendant le refroidisse- ment après la coulée ou aux températures de solidification, plus que Isolé- ment intérieur 10 en métal ferreux de dilatation moindre bien que ces deux éléments soient chauffés jusqu'à la même températureo Lorsque le refroidis- sement est terminée les efforts existant dans l'objet bimétallique 10, 11,
12 seront tels que Isolément extérieur 11 en métal non ferreux travaillera à la tension, tandis que le lien 12 qui relie les deux éléments 10 et 11 d'une manière homogène, travaillera à la compression.
Lorsqu'il est mis en service, un tambour de frein est souvent ap- pelé à dissiper des quantités de chaleur qui sont tellement grandes que la température du tambour de frein peut s'élever jusqu'à 550 ou même davantage.
Lorsque l'objet bimétallique décrit ci-dessus est chauffé, les efforts sont renversés dans toutes les parties constitutives à une certaine température "Tr" Cela est dû au fait que, le coefficient de dilatation thermique de l'é- lément 11 en métal non ferreux étant plus grand que celui de l'autre élément cet élément 11 se dilate davantage que l'élément 10 en métal ferreux. A la température Tr la dilatation est telle que, s'il n'y avait pas le lien 12, Isolément extérieur s'appliquerait sur l'élément intérieur 10 en contact avec lui, le régime des efforts étant neutre, c'est-à-dire qu'il n'existerait aucun effort dans aucun des trois éléments constitutifs.
Lorsque le chauffa- ge continue au-dessus de cette température Tr, le lien 12 seul maintient les deux autres éléments 10 et 11 en contact et le régime des efforts est mainte- nant tel que isolément extérieur 11 en métal non ferreux travaille à la com- pression, tandis que isolément intérieur 10 en métal ferreux travaille à la
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tension, le lien 12, qui relie ces deux éléments d'une manière homogène, tra- vaillant à la tensiono
On a constaté que, pour des ensembles bimétalliques composés d'une partie extérieure en aluminium ou alliages d'aluminium dissipant la chaleur, Tr est compris entre 100 et 200 , la variation s'expliquant par les différences d'alliage d'aluminium, l'épaisseur et la forme de la pièce d'alu- minium.
Par exemple, pour un type de tambour de frein bimétallique de bonne qualité, Tr aura une valeur d'environ 120 ,
Comme Tr est relativement peu élevé, une augmentation de tempéra- ture dépassant notablement la température d'effort neutre Tr tend à aggraver le régime des efforts, car l'aluminium et ses alliages de base continuent à se dilater lorsque la température augmente, ce qui augmente l'effort de ten- sion agissant sur le lien 12.
Il faut donc que la construction de l'élément extérieur 11 en métal non ferreux soit comprise entre certaines limites, ou bien la tension existant dans le lien 12 augmentera jusqu'à une valeur telle que ce lien 12 se brisera sous cet effort de tension, ce qui entraînera une grande perte de pouvoir conducteur de la chaleur et peut-être une séparation physique, surtout lorsque la tension existant dans le lien 12 est accompagnée par une charge physique dont l'effet est que la tension agissant sur le lien n'est pas uniforme par unité de surface.En conséquence, l'élément 11 en mé- tal non ferreux dissipant la chaleur doit avoir une section transversale telle qu'il soit plus faible en compression, à une température de fonctionnement quelconque, que le lien 12 qui relie les deux éléments 10, 11 en métal ou en alliage.
Le facteur ,qui régit la construction d'un objet bimétallique est déterminé par le calcul ou par des essais, ou par les deux, et il dépend de la résistance à la compression, à une température de fonctionnement quelcon- que, du métal choisi en raison de ses propriétés avantageuses, telles que la grande conductibilité thermique de l'aluminium, ses propriétés d'antifriction lorsque le métal ayant une grande conductibilité est celui d'une surface de palier, portée ou surface analogueo Par exemple, ce facteur de construction, qui sera appelé K plus loin, aura une valeur d'environ 1,165 x 10-6 pour une installation moyenne de tambour de frein et pour des conditions moyennes de refroidissement
On a constaté, sur la base de ces déterminations, que pour main- tenir le lien 12 en compression pendant des augmentations de température al- lant jusqu'à 550 par exemple,
ou même davantage, de manière qu'il ne soit pas détérioré même lorsqu'il est soumis simultanément à de fortes charges de cisaillement ou autres, qui ne sont pas uniformes, l'épaisseur du blanchet ou manchon 11 en métal non ferreux ne doit pas dépasser la valeur définie par la formule suivantes t = K cote où t est l'épaisseur du manchon ou blanchet 11 en aluminium, comme cela est indiqué dans la figo 1, K le facteur de construction mentionné plus haut, le coefficient de dilatation thermique du métal non ferreux constituant le man- chon ou blanchet 11, et où
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T-Tr - 5 T où T est la température de fonction- nement maxima à laquelle l'objet pourra être soumis,et Tr la température neutre à laquelle les efforts sont renversés dans l'objet ayant une épaisseur indistincte ou indifférente pour 11.
A titre d'application du principe de la présente invention à un manchon ou blanchet de tambour de frein en aluminium industriellement pur, par exemple, si l'on applique dans la formule les valeurs mentionnées ci-des-
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sus, soit K = 1,165 x 10-6 T = 550 , Tr = 120 F et = 0,00001234, on a
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t = 1.165 x 10-6 x cotg 550 - 120 = 180 m mo '0,00001234
La fig.2 représente la courbe indiquant l'épaisseur maxima du ' manchon ou blanchet 11 pour différentes températures jusquà 525 , calculées d'après la formule ci-dessus.
Au-dessus de 525 la courbe est asymptotique jusqu'à la limite de son état de solidelimite qui est denviron 6400 pour l'aluminium industriellement puro Si un objet doit fonctionner à une tempéra- ture voisine de la limite à laquelle cet objet est encore solide,cotg peut être prise égale à 1?unités et la formule simplifiée devient t = K o
On remarquera que la gamme de températures la Plus critique est comprise entre environ 130 et environ 300 , ce qui est au moins en partie la gamme de fonctionnement de la majorité des objets bimétalliques envisagés icioOn remarquera également que la courbe est asymptotique au-dessous de 130 , et que l'épaisseur maxima du manchon ou blanchet 11 ne présente virtuel- lement que peu ou pas de différence au-dessous de cette température.
Si l'on se base sur des courbes comme celle de la figo 2 pour dé- terminer l'épaisseur maxima de divers métaux et alliages constituant le man- chon ou blanchet 11, on peut être sur d'obtenir un lien 12 très solide dans toutes les conditions de fonctionnement connues,d'autant plus que ce lien est constamment en compression, même au cas où les conditions d'efforts se renverseraient, autrement,au-dessus de Tr dans un objet dont le manchon ou blanchet Il a une épaisseur indistincte ou indifférente.Même lorsqu?il nest pas probable que l'objet bimétallique sera soumis à des températures supérieu- res au point Tr de renversement des efforts,il est utile de faire le manchon de cet objet de manière que ses dimensions soient celles qui sont prescrites par la présente invention,
de manière à se prémunir contre toute détériora- tion si l'objet venait à être soumis par inadvertance à des conditions inat- tendues. Ainsi, les pistons et cylindres de pompes aussi bien que ceux de mo- teurs devraient être établis suivant 1?inventions de même que les paliers ou les coussinets, en prévision d'une surchauffe possible due au fait que le grais- sage vient à faire défaut, aussi bien que les boîtiers de tubes à vides les us- tensiles de cuisine et d'autres objets bimétalliques exposés à de fortes fluc- tuations de température.
Bien que la description du procédé et de l'objet conformes à la présente invention vise un tambour de frein bimétallique, il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à ou par cette application et qu'elle peut être appliquée à de nombreux autres usages ou à de nombreuses autres adapta- tins,de même que des modifications de forme et de détails peuvent être ap- portées dans,son cadre.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de fabrication d'un objet complexe composé d'un élément en métal à base d'aluminium et d'un élément en métal ferreux chimiquement liés entre eux par un alliage principalement composé des deux dits métaux et dans lequel les conditions d'efforts thermiques opposés existant dans les deux éléments aux températures normales s'inversent pour une température supérieure à une température déterminée d'avance, consistant à régler l'épaisseur de l'élément en métal à base d'aluminium à une dimension telle que les dites conditions d'efforts thermiques existant aux températures normales dans les deux.éléments- soient maintenues lorsque ledit objet est soumis à une température supérieure à celle dinversion desdits efforts thermiques.
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METHOD OF MANUFACTURING BIMETALLIC OBJECTS.
The present invention relates to the manufacture of bimetallic objects and is aimed in particular at the manufacture of such objects exposed to very large temperature fluctuations which risk harming the assembly between the two metals.
Bimetallic articles of the type mentioned above consist of an element having the property of exhibiting great resistance, and of an element fixed to the first and having the property of absorbing and dissipating heat from said first resistant element. Metals having such dissimilar properties are generally dissimilar in other less advantageous respects, and for example have very different coefficients of thermal expansion.
Common examples of such metals are ferrous metals and aluminum, as well as aluminum-based alloys of which many bimetallic articles are usefully exposed, in use, to rigorous mechanical and heat treatment, such as, for example, , cylinders and pistons of internal combustion engines, cylinders and pistons of pumps, bearings, housings for vacuum tubes, brake drums, gears or other mechanisms, kitchen utensils, etc.
The thin film of iron and aluminum alloy which forms on the intermediate surface between the relatively thick pieces of iron and aluminum is very resistant to separation between these pieces, even when the object is subjected to stress. rigorous physical and thermal treatment,
although the alloy of iron and aluminum which forms the link between the parts is not very strong by itself and rather very brittle. Nonetheless, any defect or other deterioration resulting in the object from extremely rigorous treatment usually occurs in one of the components, owing to its construction or its own physical properties. when the object is tubular or cylindrical and subjected to very large temperature fluctuations with sustained, but irregular periods of high temperature and at the same time to heavy physical loads, the great difference between the coefficients thermal expansion of aluminum and the most common of ferrous metals,
steel, imposes a very great strain on the link which tends
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to break the brittle alloy of which it is made. Although this can be minimized by alloying with aluminum a metal which lowers the thermal expansion of aluminum, this expedient detracts from the desirable property of aluminum of aluminum. transmit and dissipate heat, and for which aluminum was chosen in preference to any other metal.
As an example of a cylindrical bimetallic object exposed to temperature fluctuations and at the same time to heavy loads, there is a brake drum consisting of a cylindrical inner friction piece of ferrous metal such as iron. steel, with which the brake pads can come into contact, and by a thick outer sleeve or blanket of aluminum bonded to the outer surface of the steel cylinder and provided with fins or ribs to dissipate the heat of friction more quickly released in the steel friction piece and absorbed by the aluminum.
Due to the great difference between the coefficients of thermal expansion of these assembled tubular elements, the outer aluminum element normally works under tension, the inner steel element works normally under compression and the link works normally. compression.
It has been observed that when the object is heated above a certain temperature, the elements work in the opposite direction, ie the outer aluminum element works in compression, the element the ferrous metal interior works under tension, and the link works under tension. As long as the tension force acting on the link is substantially uniform per unit area of this link, the latter is not subjected to a dangerous stress and it is not deteriorated, even when the temperature is high. increases to a high degree, which increases the tension undergone by the link, this state of affairs occurring for example in the cylinders of internal combustion engines.
However, when a rapid increase in temperature to a high degree is accompanied by the simultaneous action of irregular physical loads which may result in the force exerted on the link being no longer uniform, for example When a heavily loaded vehicle such as an omnibus or a truck fitted with steel and aluminum bimetallic brake drums is braked continuously, but not uniformly, in a downhill, not only the thermal stress conditions prevailing throughout the bimetallic brake are reversed, but the physical load added to the thermal stress in the link, which is not uniform, can cause the breakage or fracture of the brittle alloy that forms the link material o This tendency is more pronounced in a brake drum, for example,
especially since the high retarding load produced by the brake pads creates a circular sliding shear force in the link between the elements, which can ultimately lead to the physical rupture of a link already weakened for the reasons described . Accordingly, a bimetallic assembly having extraordinary strength enabling it to withstand extremely severe thermal and physical treatment without deterioration, whether or not such treatment is expected for the assembly, would be very desirable.
The object of the present invention is to create a bimetallic object constituted by two elements linked together and composed of metals having different coefficients of thermal expansion, as well as their manufacturing process, these said objects being able to be subjected to very large temperature fluctuations, at the same time as physical loads, without the link between the two elements being damaged.
The invention consists in making bimetallic assemblies composed of two elements linked together and formed of metals having dissimilar coefficients of expansion, such as steel and aluminum, the non-ferrous metal element of great expansion having a thickness determined in advance by an empirical formula such as the relative forces of tension and
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compression which occur in the outer member and in the inner member, as well as in the link, over a range of normal operating temperatures and during the duration of these temperatures, are maintained at temperatures higher than those of this range, so that the link is not damaged, and as the link is not damaged, the strength and heat conductivity,
as well as other properties of the bimetallic object are preserved, even for cylindrical objects subjected to the most rigorous physical and thermal conditions of operation.
The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which figure 1 is a cross section of an exemplary embodiment of a brake drum established according to the invention and to which the latter is applied; Fig 2 is a graph showing the necessary thicknesses given to the blanket or aluminum sleeve, according to the invention, for different temperatures.
We will first consider FIG. 1, which represents a brake drum given as an example of a metallic object in accordance with the present invention.
Reference numeral 10 denotes the cylindrical steel drum, the inner circular surface of which is such that the brake pads can frictionally come into contact with it when the drum rotates with the corresponding wheel, not shown. A relatively thick sleeve or blanket 11 of metal having high heat conductivity, such as aluminum or an aluminum-based alloy, is mounted on the outer surface of the drum 10 and fixed to that surface. iron and aluminum serving as a link between the parts 10 and 11 is designated by 12. The element 11 can be provided with ribs or fins 13 ensuring the radiation of heat and coming from the foundry with the element 11 or machined in this one after its casting, according to the requirements of the case.
In the case shown by way of example and in which the outer cylindrical blanket or sleeve 11 is made of aluminum or an aluminum-based alloy having a high coefficient of thermal expansion, as well as the desired property of having high heat conductivity. . Large expansion outer insulation 11 will shrink, during post-casting cooling or at solidifying temperatures, more than lesser expansion ferrous metal inner insulation 10 although these two elements are heated to the same. temperature o When cooling is complete, the forces existing in the bimetallic object 10, 11,
12 will be such that the outer insulation 11 of non-ferrous metal will work on tension, while the link 12 which connects the two elements 10 and 11 in a homogeneous manner will work on compression.
When in use, a brake drum is often called upon to dissipate amounts of heat which are so great that the temperature of the brake drum can rise to 550 or even more.
When the bimetallic object described above is heated, the forces are reversed in all the constituent parts at a certain temperature "Tr" This is due to the fact that, the thermal expansion coefficient of the non-metallic element 11 Ferrous being larger than that of the other element, this element 11 expands more than the element 10 made of ferrous metal. At the temperature Tr the expansion is such that, if there was no link 12, the external isolation would apply to the internal element 10 in contact with it, the force regime being neutral, that is to say -to say that there would be no effort in any of the three constituent elements.
When the heating continues above this temperature Tr, the link 12 alone maintains the other two elements 10 and 11 in contact and the force regime is now such that the external insulation 11 made of non-ferrous metal works at the same time. - pressure, while the inner ferrous metal insulation 10 works at the
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tension, the link 12, which connects these two elements in a homogeneous way, working at the tensiono
It has been observed that, for bimetallic assemblies composed of an outer part of aluminum or aluminum alloys which dissipate heat, Tr is between 100 and 200, the variation being explained by the differences in aluminum alloy, l thickness and shape of the aluminum piece.
For example, for a good quality bimetallic type of brake drum, Tr will have a value of about 120,
As Tr is relatively low, an increase in temperature significantly exceeding the neutral stress temperature Tr tends to worsen the stress regime, because aluminum and its base alloys continue to expand when the temperature increases, which increases the tension force acting on link 12.
It is therefore necessary that the construction of the external element 11 in non-ferrous metal is between certain limits, or else the tension existing in the link 12 will increase to a value such that this link 12 will break under this tension force, which will cause a great loss of heat conducting power and possibly a physical separation, especially when the tension existing in the link 12 is accompanied by a physical load, the effect of which is that the tension acting on the link is not not uniform per unit area. Accordingly, the non-ferrous heat-dissipating element 11 must have a cross-section such that it is lower in compression, at any operating temperature, than the link 12 which connects the two elements 10, 11 made of metal or alloy.
The factor, which governs the construction of a bimetallic object is determined by calculation or by testing, or by both, and it depends on the compressive strength, at any operating temperature, of the metal selected in due to its advantageous properties, such as the high thermal conductivity of aluminum, its anti-friction properties when the metal having a high conductivity is that of a bearing surface, seat or the like. For example, this construction factor, which will be called K later, will have a value of approximately 1.165 x 10-6 for an average brake drum installation and for average cooling conditions
It has been found, on the basis of these determinations, that in order to maintain the link 12 in compression during temperature increases of up to 550 for example,
or even more, so that it is not deteriorated even when simultaneously subjected to high shear loads or the like, which are not uniform, the thickness of the blanket or sleeve 11 of non-ferrous metal should not exceed the value defined by the following formula t = K dimension where t is the thickness of the aluminum sleeve or blanket 11, as indicated in figo 1, K the construction factor mentioned above, the coefficient of thermal expansion of non-ferrous metal constituting the sleeve or blanket 11, and where
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T-Tr - 5 T where T is the maximum operating temperature to which the object can be subjected, and Tr the neutral temperature to which the forces are reversed in the object having an indistinct or indifferent thickness for 11.
By way of application of the principle of the present invention to an industrially pure aluminum brake drum sleeve or blanket, for example, if the values mentioned above are applied in the formula.
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sus, let K = 1.165 x 10-6 T = 550, Tr = 120 F and = 0.00001234, we have
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t = 1.165 x 10-6 x cotg 550 - 120 = 180 m mo '0.00001234
Fig. 2 shows the curve indicating the maximum thickness of the sleeve or blanket 11 for different temperatures up to 525, calculated according to the above formula.
Above 525 the curve is asymptotic up to the limit of its solid-bound state which is around 6400 for industrially pure aluminum If an object has to operate at a temperature close to the limit at which this object is still solid , cotg can be taken equal to 1? units and the simplified formula becomes t = K o
Note that the most critical temperature range is between about 130 and about 300, which is at least in part the operating range of the majority of the bimetallic objects considered here. It will also be noted that the curve is asymptotic below 130 , and that the maximum thickness of the sleeve or blanket 11 has virtually little or no difference below this temperature.
If we use curves like the one in Fig. 2 to determine the maximum thickness of various metals and alloys constituting the sleeve or blanket 11, we can be sure to obtain a very strong bond 12 in all known operating conditions, especially since this link is constantly in compression, even in the event that the force conditions would otherwise reverse above Tr in an object whose sleeve or blanket It has a thickness Even when it is not probable that the bimetallic object will be subjected to temperatures higher than the point Tr of reversal of the forces, it is useful to make the sleeve of this object so that its dimensions are those which are prescribed by the present invention,
so as to guard against any damage should the object inadvertently be subjected to unexpected conditions. Thus, the pistons and cylinders of pumps as well as those of motors should be made according to the invention, as should the bearings or bushings, in anticipation of possible overheating due to the fact that lubrication occurs. default, as well as vacuum tube housings, kitchen utensils and other bimetallic objects exposed to strong temperature fluctuations.
Although the description of the method and the object in accordance with the present invention relates to a bimetallic brake drum, it is understood that the invention is not limited to or by this application and that it can be applied to many many other uses or many other adaptations, as well as modifications of form and details can be made in, its framework.
CLAIMS.
1. A method of manufacturing a complex object composed of a metal element based on aluminum and a ferrous metal element chemically bonded together by an alloy mainly composed of the two said metals and in which the conditions of opposing thermal forces existing in the two elements at normal temperatures are reversed for a temperature above a predetermined temperature, consisting in adjusting the thickness of the aluminum-based metal element to a dimension such as said thermal stress conditions existing at normal temperatures in the deux.élément- are maintained when said object is subjected to a temperature greater than that of inversion of said thermal forces.
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