Élément thermostatique. Cette invention concerne un élément ther- inostatique comprenant des parties en mé taux de coefficients de dilatation différents.
11 est bien connu que le fer pur; lors qu'il est chauffé, passe par un point de trans formation à approximativement 900 C et qu'après .un chauffage ultérieur il passe par un second point de transformation à environ 1400 C. La structure du fer en dessous de 900 C est communément connue comme structure alpha-cristalline. Entre 900 C et 1400 C, la structure cristalline du fer pur est connue comme austenite ou fer gamma, et au-dessus de 1400 C, la structure cris talline- change. en celle -connue comme fer delta.
Lorsqu'il est chauffé, le fer pur se dilate uniformément jusqu'à 900 C et a un coeffi cient de dilatation thermique d'approximati- vement 12X10-1 cm par degré centigrade et entre 900 C et 1400 C, ou entre son premier et _aou second point de transforma- tion, il se dilate uniformément, mais dans une mesure beaucoup plus élevée, le coeffi cient de dilatation étant environ de 20X10-1 cm par degré centigrade. Au-dessus de 1400 C le fer pur se dilate dans une mesure plus faible que le fer ayant une struc ture austenitique.
L'invention présente la particularité que le métal à coefficient de dilatation le plus élevé est un alliage contenant du fer et du manganèse. Un pareil alliage possède prati quement la même caractéristique de dilata tion au chauffage que le fer ayant une struc ture cristalline d'austenite sur une étendue de température de + 150 C à -j- 500 C. Cet alliage est réversible dans ses caracté ristiques thermiques sur cette étendue de température; c'est-à-dire qu'il suit la même courbe de dilatation au chauffage qu'au re froidissement.
Entre 100 C et environ 125 Q C, l'alliage fer-manganèse a un coeffi cient de dilatation thermique qui ne diffère pas de façon appréciable de celui d'un alliage fer-nickel, mais au-dessus de 125 0 C, l'alliage fer-manganèse a un coefficient de dilatation thermique beaucoup plus élevé. L'alliage fer- manganèse assemblé avec. un alliage ayant un coefficient de dilatation relativement bas pour former un élément bimétallique, est très utile dans des éléments thermostatiques comme on le décrira plus loin.
Une addition de nickel, ou de tout autre élément d'alliage ayant le même effet, à l'alliage à coefficient de dilatation thermique le plus élevé peut également être employée pour élever la transformation de gamma en delta au-dessus de la susdite étendue de température. Comme le manganèse n'est pas d'un prix si élevé que le nickel, il est désirable d'employer du manganèse comme élément d'alliage prédominant en tant que les autres caractéristiques de l'alliage le per mettent. On a trouvé qu'avec 10 0% de nickel on obtient la caractéristique de dilatation élevée de l'austenite ou du fer gamma sur une étendue de température entre au moins -100<B>0</B> C et -f- 400 0 C.
L'alliage à coefficient de dilatation ther mique le plus élevé contenant du fer, du manganèse et du nickel peut contenir jus qu'à environ 15 % de manganèse, et on dé crira plus loin des exemples ayant moins de 8 % et entre 8 et 15 % de nickel.
La fig. 1 du dessin annexé montre les courbes de dilatation thermique de deux al liages de fer, dont l'un contient du fer et du manganèse, et d'un élément bimétallique com prenant ces alliages.
La fig. 2 ',montre les caractéristiques de dilatation thermique d'un alliage de fer contenant du," manganèse et 8 -15 % de nickel et d'un second alliage de fer conte nant du nickel, représentées diagrammatique- ment au moyen de courbes, et également la différence de dilatation entre ces deux al liages qui est une mesure de la déviation ou déflexion à toute température qui puisse être obtenue lorsque ces alliages sont assemblés dans une bande bimétallique.
La fig. 3 montre les caractéristiques de dilatation thermique d'un alliage fer-man- ganèse-nickel avec moins de 80/0 de manga nèse, puis d'un alliage fer-nickel et ensuite la différence de dilatation entre ces deux alliages.
La fig. 4 montre les caractéristiques de dilatation thermique d'un autre alliage fer- nickel-manganèse avec moins de 8 % de man ganèse, puis d'un alliage fer-nickel et ensuite la différence de dilatation entre ces deux alliages.
Dans les diagrammes du dessin, l'or donnée représente la dilatation en millièmes par unité de longueur et l'abscisse représente la température en degrés centigrades. A la fig. 1, la courbe de dilatation ther mique désignée par 11 représente la carac téristique de dilatation d'un alliage contenant du fer, du manganèse et un faible pourcen tage de carbone. La courbe désignée par 12 représente les caractéristiques de dilatation thermique d'un alliage fer-nickel formant un élément bimétallique avec l'alliage représenté par la courbe 11.
La courbe 13 indiquée par une ligne pointillée représente la diffé rence de dilatation entre les alliages des courbes 11 et 12, à laquelle la déviation ou déflexion d'un élément bimétallique composé de ces alliages est directement proportionnelle dans des conditions appropriées.
L'alliage représenté par la courbe 11 a un coefficient de dilatation thermique très élevé entre 100 0 C et 500 0 C. Entre 100 0 C et - 150 0 C le coefficient de dilatation di minue et se rapproche du coefficient de dila tation thermique de l'alliage représenté par la courbe 12. On notera qu'entre - 150 0 C et -r 100 0 C la différence dans les ordonnées des courbes 11 et 12 est sensiblement zéro comme indiqué par la courbe 13. De<B>100'</B> C à 400 0 C, la différence de dilatation des al liages des courbes 11 et 12 est très marquée et d'un caractère uniforme. L'élément bi métallique dont les caractéristiques sont re présentées par la courbe 13 conserve sa dé formation à une température d'environ 500 0 C.
La caractéristique thermique de l'alliage représenté par la courbe 11 peut être changée en modifiant la teneur en manganèse entre les limites de sensiblement 15 O/o et<B>30</B> 11/o et par des additions modérées d'autres sub stances d'alliage. L'alliage représenté par la courbe 12 peut être un alliage fer-nickel ayant tout coefficient de dilatation thermique désiré qui soit applicable pour l'emploi avec l'alliage. fer-manganèse.
Un élément bimétallique comprenant une partie en un alliage fer-nickel à 45 % et une partie en un alliage de fer contenant 23 % de manganèse et 0,1 % de carbone est très sensible à des changements de tempéra ture entre les températures de sensiblement 150 o C à 400 o C. Entre 150 o C et -150 o C, cet élément bimétallique a pour des buts pratiques une dilatation zéro.
Par conséquent, il n'est pas sujet à des efforts mécaniques élevés dans cette étendue de température.
On comprend que la teneur en nickel de l'alliage représenté par la courbe 12 peut être changée suivant la quantité de manga nèse ou autre substance d'alliage additionnelle dans l'alliage représenté par la courbe 11 en vue de réaliser un élément bimétallique pour des dispositifs thermostatiques qui soit appli cable sur une étendue de température rela tivement grande dans laquelle il doit être capable de réagir, et qui n'obéisse pratique ment pas à des températures qui ne sont pas comprises dans l'étendue de travail désirée.
A la fig. 2, la courbe 11 représente les caractéristiques de dilatation thermique d'un alliage de fer contenant approximativement des parties égales de manganèse et de nickel. La courbe 12 représente la caractéristique de dilatation thermique d'un alliage de fer à dilatation relativement faible qui contient approximativement _ 38 /o de nickel, et la courbe 13 représente la caractéristique de la déviation par effet thermique d'un élément bimétallique composé des alliages representés par les courbes 11 et 12. Les ordonnées de la courbe 13 sont obtenues en soustrayant les ordonnées de la courbe 12 des ordonnées correspondantes de la courbe 11.
On notera que la courbe 11 et concave de - 150 à approximativement -<B>751</B> C, et de - 75 o C à + 450 o C la courbe est pra tiquement une ligne droite, dont la régula rité indique que l'alliage composé de fer, manganèse et nickel se dilate pratiquement uniformément dans l'étendue de température de -- 75 o C à -[-450 o C.
La courbe 12 représente approximative ment titi alliage de fer-nickel à 38 /o qui coopère avec l'alliage représenté par la courbe 11 et il est à noter que la caractéristique de dilatation de l'alliage fer-nickel et pratique ment uniforme entre -100 o C à -r 250 o C.
La caractéristique de dilatation thermique d'un Bimétal composé des alliages représen tés par les courbes 11 et 12 est représentée en particulier par la courbe 13. On notera qu'un Bimétal composé de ces alliages a une déviation ou déflexion pratiquement uniforme à partir de - 75 o C jusqu'à pratiquement 250<B>OC.</B> A des températures plus élevées que 300' C, la déviation du Bimétal aura lieu dans une mesure plus petite qu'entre -100 o C et 300 o C, la courbe se rapprochant de l'horizontale, ce qui indique que la dévia tion diminue avec une augmentation ul térieure de la température.
L'étendue de température pour une carac téristique uniforme du coefficient de dévia tion thermique entre 0 o C et 250 o C peut être agrandie à des températures plus élevées que 250<B>OC.</B> 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 à partir de -100o C jus qu'à une température plus élevée que -r300 o C, ce qui dépend de l'augmentation en nickel de l'alliage correspondant à la courbe 12.
Il est désirable que la teneur en nickel ajoutée à deux fois et demi la teneur en manganèse ne soit pas inférieure à 30% de l'alliage total. Le nickel et le manganèse peuvent être présents en quantités plus gran des, pourvu que les caractéristiques ther miques générales de l'alliage représenté par la courbe 11 ne s'en écarte pas sensiblement.
Un alliage de fer - du caractère considéré, contenant 10 % de manganèse et 10 % de nickel obéit particulièrement bien à des chan gements de température et a une caracté ristique de dilatation thermique uniforme.
L'étendue de la déformation thermique du Bimétal suivant la fis. 2 peut être amenée à varier en augmentant ou en diminuant la teneur en nickel de l'alliage fer-nickel. Les caractéristiques de dilatation thermique du Bimétal peuvent également être variées sui vant l'application à laquelle celui-ci est des tiné en faisant varier la teneur en manga nèse ou eu nickel ou les deux dans l'alliage fer-nickel-manganèse et la teneur en nickel dans l'alliage fer-nickel.
A la fis. 3, la courbe 11 représente les caractéristiques de dilatation thermique d'un alliage de fer à dilatation élevée contenant du nickel et moins de 8 % de manganèse, et la courbe 12 représente les caractéristiques de dilatation thermique d'un alliage fer-nickel à 420 % à dilatation relativement faible. La courbe<B>13</B> représente la caractéristique de déviation thermique d'une bande bimétallique composée des alliages représentés par ces courbes I1 et 12.
Dans la fis. 4, la courbe 14 représente la caractéristique de dilatation thermique d'un alliage de fer à dilatation élevée contenant du nickel et du manganèse en différentes proportions en comparaison de l'alliage re présenté par la courbe 11. La courbe 15 re présente les caractéristiques de dilatation thermique d'un alliage fer-nickel à 42 0/0, et la courbe 16 montre la caractéristique ther mique d'une bande bimétallique établie par des pièces assemblées de ces alliages repré sentés par les courbes 14 et 15.
La dilatation de l'alliage représenté par la courbe 11 de la fis. 3 augmente gra duellement de 00 C jusqu'à approximative ment 100 C, mais à partir de 100 C jus qu'à des températures plus élevées - que 4000 C, sa dilatation se produit dans urne mesure plus élevée et est sensiblement- uni forme. La dilatation de l'alliage -représenté par la courbe 12 est sensiblement uniforme de 0 à 300 0 C, mais à des températures au- dessus de<B>3000</B> C, la dilatation augmente très rapidement.
La courbe 13 montre la déformation d'un Bimétal composé des al liages des courbes 11 et 12 et on notera qu'à partir de 0 0 C jusqu'à environ 100 0 C, sa déformation n'est pas appréciable, mais à partir de 100 0 C jusqu'à environ 350 0 C, la déformation est tout à fait uniforme et se produit dans une mesure très rapide.
Le coefficient de déformation thermique entre ces dernières températures est relativement élevé, et en effet il est supérieur aux carac téristiques de déformation d'un Bimétal coin- posé de métal monel et d'un acier nickel. L'alliage correspondant à la courbe 13 est en particulier utile pour des températures entre 150 0 C et 350 0 C. Au-dessous de<B>150'</B> C, la déformation n'est pas si grande et, par conséquent, lorsque le dispositif n'est pas en action, les efforts dans le métal sont consi dérablement réduits, de façon que sa dura- bilité se trouve prolongée.
A la fis. 4, l'alliage fer. nickel-manganèse représenté par la courbe 14 diffère en teneur de manganèse-nickel de l'alliage représenté par la courbe 11 de la fis. 3. Il est à noter qu'entre 0 0 C et 200 0 C la dilatation de ce métal ne diffère pas de façon appréciable de la dilatation de l'alliage acier-nickel à 42 %. Ceci se voit en particulier dans la courbe 16 en ce sens que la partie de celle-ci entre 0 0 C et 200 est sensiblement droite et est située un peu au-dessous de la ligue de dila tation zéro. En effet, le Bimétal a la cour bure de sa courbe légèrement inversée entre ces températures.
A partir de 200 0 C jusqu'à 400 0 C, le Bimétal se déforme dans une me sure relativement élevée. Son coefficient de dilatation thermique est particulièrement élevé entre ces températures: La teneur en nickel des alliages caracté risés par: -les courbes I1 et 14 peut varier pratiquement entre les limites de 15 % et 40 0/0, et la teneur en manganèse peut varier pratiquement.
entre-les limites de. 10/a. et 8 /o_ ta teneur en nickel des alliages reprà- sentés par les courbes 12 et 15 peut varier entre les limites pratiques de 38 /o et 45 %.
Un Bimétal composé des alliages repré senté par les courbes 14 et 15 et particu lièrement utile entre 200 0 C et .100 <B>OC,</B> atten du que c'est là son étendue la plus sensible à des changements de température. Lorsque ce Bimétal se refroidit au-dessous de 200 0 C, les coefficients de dilatation thermique des deux métaux sont sensiblement égaux, ré duisant par là les efforts entre eux au-dessous de cette température. La teneur en manga- nèse-nickel de l'alliage à dilatation élevée peut varier en concordance avec l'étendue de température à laquelle un birnétal, dans le quel il forme un des éléments coopérants, doit être soumis.
Comme la déviation ou déflexion d'un Bimétal correspondant à la courbe 13 est très faible à 150 0 C, les efforts qui sont directement proportionnels à la dé viation, sont relativement petits et sensible ment nuls pour des buts pratiques. Ce phé nomène est désirable parce qu'il réduit les efforts à des températures relativement éle vées et permet d'employer le Bimétal à ces températures sans sacrifice de sensibilité.
Bien que les courbes de caractéristique de dilatation thermique de l'élément à dila tation inférieure soient données comme se référant à un alliage de fer contenant du nickel, l'invention n'est pas limitée a l'em ploi de cet alliage, étant donné qu'on peut employer d'autres alliages ayant un coeffi cient de dilatation thermique bas. Cependant la teneur en nickel de l'alliage mentionné ci-dessus peut dans certains cas être sen siblement inférieure à 45 0/u de l'alliage total.
Un Bimétal préféré de la caractéristique donnée par les courbes des fig. 3 et 4 est composé dune partie en un alliage de fer contenant 38 % de nickel et 4,6 % de man- ganèse,
et d'une partie coopérante en un al- liage de fer contenant sensiblement 42 % de nickel et est très utile dans l'étendue de température entre 200 0 C et 400 0 C. A par tir de 0 0 C à 200 0 C, ce Bimétal présente pour des buts pratiques un coefficient de déviation ou de fléchissement thermique égal à zéro.
Thermostatic element. This invention relates to a thermostatic element comprising metal parts of different coefficients of expansion.
It is well known that pure iron; when heated, passes through a transformation point at approximately 900 C and after further heating it passes through a second transformation point at approximately 1400 C. The structure of iron below 900 C is commonly known as an alpha-crystal structure. Between 900 C and 1400 C, the crystal structure of pure iron is known as austenite or gamma iron, and above 1400 C, the crystal structure changes. in that - known as delta iron.
When heated, pure iron expands uniformly up to 900 C and has a coeffi cient of thermal expansion of approximately 12X10-1 cm per degree centigrade and between 900 C and 1400 C, or between its prime and At the second point of transformation, it expands uniformly, but to a much greater extent, the coefficient of expansion being about 20X10-1 cm per degree centigrade. Above 1400 C pure iron expands to a lesser extent than iron having an austenitic structure.
The invention has the particular feature that the metal with the highest coefficient of expansion is an alloy containing iron and manganese. Such an alloy has practically the same heating expansion characteristic as iron having a crystalline austenite structure over a temperature range of + 150 C to -j- 500 C. This alloy is reversible in its thermal characteristics. over this temperature range; that is to say, it follows the same expansion curve on heating as on re-cooling.
Between 100 C and about 125 QC, the iron-manganese alloy has a coefficient of thermal expansion which does not differ appreciably from that of an iron-nickel alloy, but above 125 0 C, the alloy iron-manganese has a much higher coefficient of thermal expansion. The iron-manganese alloy assembled with. an alloy having a relatively low coefficient of expansion to form a bimetallic element is very useful in thermostatic elements as will be described later.
Addition of nickel, or any other alloying element having the same effect, to the alloy with the highest coefficient of thermal expansion can also be employed to raise the gamma-delta transformation above the above range of temperature. Since manganese is not as expensive as nickel, it is desirable to employ manganese as the predominant alloying element as the other characteristics of the alloy permit. It has been found that with 10 0% nickel the high expansion characteristic of austenite or gamma iron is obtained over a temperature range between at least -100 <B> 0 </B> C and -f- 400 0 C.
The highest thermal expansion coefficient alloy containing iron, manganese and nickel may contain up to about 15% manganese, and examples of less than 8% and between 8 and 8 will be described below. 15% nickel.
Fig. 1 of the accompanying drawing shows the thermal expansion curves of two iron alloys, one of which contains iron and manganese, and of a bimetallic element comprising these alloys.
Fig. 2 ', shows the thermal expansion characteristics of an iron alloy containing manganese and 8 -15% nickel and a second iron alloy containing nickel, shown diagrammatically by means of curves, and also the difference in expansion between these two alloys which is a measure of the deviation or deflection at any temperature which can be obtained when these alloys are assembled in a bimetallic strip.
Fig. 3 shows the thermal expansion characteristics of an iron-manganese-nickel alloy with less than 80% manganese, then of an iron-nickel alloy and then the difference in expansion between these two alloys.
Fig. 4 shows the thermal expansion characteristics of another iron-nickel-manganese alloy with less than 8% manganese, then of an iron-nickel alloy and then the difference in expansion between these two alloys.
In the diagrams in the drawing, the gold given represents the expansion in thousandths per unit length and the abscissa represents the temperature in degrees centigrade. In fig. 1, the thermal expansion curve denoted by 11 represents the expansion characteristic of an alloy containing iron, manganese and a small percentage of carbon. The curve designated by 12 represents the thermal expansion characteristics of an iron-nickel alloy forming a bimetallic element with the alloy represented by curve 11.
Curve 13 indicated by a dotted line represents the difference in expansion between the alloys of curves 11 and 12, to which the deflection or deflection 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 0 C and 500 0 C. Between 100 0 C and - 150 0 C the coefficient of expansion decreases and approaches the coefficient of thermal expansion of the alloy represented by curve 12. It will be noted that between -150 0 C and -r 100 0 C the difference in the ordinates of curves 11 and 12 is substantially zero as indicated by curve 13. From <B> 100 ' </B> C at 400 0 C, the difference in expansion of the alloys of curves 11 and 12 is very marked and of a uniform character. The bi-metallic element, the characteristics of which are shown by curve 13, retains its deformation at a temperature of approximately 500 ° C.
The thermal characteristic of the alloy represented by curve 11 can be changed by varying the manganese content between the limits of substantially 15 O / o and <B> 30 </B> 11 / o and by moderate additions of others. Alloy substances. The alloy shown by curve 12 can be an iron-nickel alloy having any desired coefficient of thermal expansion that is applicable for use with the alloy. iron manganese.
A bimetallic element comprising a part of a 45% iron-nickel alloy and a part of an iron alloy containing 23% manganese and 0.1% carbon is very sensitive to changes in temperature between temperatures of substantially 150 o C to 400 o C. Between 150 o C and -150 o C, this bimetallic element has zero expansion for practical purposes.
Therefore, it is not subject to high mechanical stresses in this temperature range.
It will be understood that the nickel content of the alloy represented by curve 12 can be changed depending on the amount of manganese or other additional alloying substance in the alloy represented by curve 11 in order to produce a bimetallic element for thermostatic devices which are applicable over a relatively large temperature range within which it is to be capable of reacting, and which practically do not obey temperatures which are outside the desired working range.
In fig. 2, curve 11 represents the thermal expansion characteristics of an iron alloy containing approximately equal parts of manganese and nickel. Curve 12 represents the thermal expansion characteristic of a relatively low expansion iron alloy which contains approximately 38% nickel, and curve 13 represents the thermal deflection characteristic of a bimetallic element composed of the alloys. represented by curves 11 and 12. The ordinates of curve 13 are obtained by subtracting the ordinates of curve 12 from the corresponding ordinates of curve 11.
Note that the curve 11 and concave from - 150 to approximately - <B> 751 </B> C, and from - 75 o C to + 450 o C the curve is almost a straight line, the regularity of which indicates that the alloy of iron, manganese and nickel expands practically uniformly over the temperature range of - 75 o C to - [- 450 o C.
Curve 12 represents approximately a 38 / o iron-nickel alloy which cooperates with the alloy represented by curve 11 and it should be noted that the expansion characteristic of the iron-nickel alloy is practically uniform between - 100 o C to -r 250 o C.
The thermal expansion characteristic of a bimetal composed of the alloys represented by curves 11 and 12 is represented in particular by curve 13. It will be noted that a bimetal composed of these alloys has a deviation or deflection which is practically uniform from - 75 o C up to practically 250 <B> OC. </B> At temperatures higher than 300 'C, the deviation of the Bimetal will take place to a lesser extent than between -100 o C and 300 o C, with the curve approaching the horizontal, indicating that the deviation decreases with a subsequent increase in temperature.
The temperature range for a uniform characteristic of the coefficient of thermal deviation between 0 o C and 250 o C can be enlarged at temperatures higher than 250 <B> OC. </B> Thus, a bimetal composed of l The alloy of curve 11 and an alloy having a higher nickel content than the alloy of curve 12 will have a straight deviation characteristic from -100o C up to a temperature higher than -r300 o C, which depends on the increase in nickel of the alloy corresponding to curve 12.
It is desirable that the nickel content added to two and a half times the manganese content is not less than 30% of the total alloy. Nickel and manganese can be present in larger amounts, provided that the general thermal characteristics of the alloy shown by curve 11 do not deviate significantly therefrom.
An iron alloy - of the character under consideration, containing 10% manganese and 10% nickel, is particularly resistant to temperature changes and has a characteristic of uniform thermal expansion.
The extent of the thermal deformation of Bimetal according to the fis. 2 can be varied 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 application to which it is intended by varying the content of manganese or nickel or both in the iron-nickel-manganese alloy and the content. nickel in the iron-nickel alloy.
At the fis. 3, curve 11 represents the thermal expansion characteristics of a high expansion iron alloy containing nickel and less than 8% manganese, and curve 12 represents the thermal expansion characteristics of an iron-nickel alloy at 420 % at relatively low expansion. Curve <B> 13 </B> represents the thermal deviation characteristic of a bimetallic strip made up of the alloys represented by these curves I1 and 12.
In the fis. 4, curve 14 represents the thermal expansion characteristic of a high expansion iron alloy containing nickel and manganese in different proportions compared to the alloy re shown by curve 11. Curve 15 re presents the characteristics of thermal expansion of an iron-nickel alloy at 42 0/0, and curve 16 shows the thermal characteristic of a bimetallic strip established by assembled parts of these alloys represented by curves 14 and 15.
The expansion of the alloy represented by curve 11 of the fis. 3 gradually increases from 00 C up to approximately 100 C, but from 100 C up to higher temperatures - than 4000 C, its expansion occurs to a greater extent and is substantially uniform. The expansion of the alloy -represented by curve 12 is substantially uniform from 0 to 300 0 C, but at temperatures above <B> 3000 </B> C, the expansion increases very rapidly.
Curve 13 shows the deformation of a bimetal composed of the alloys of curves 11 and 12 and it will be noted that from 0 0 C up to approximately 100 0 C, its deformation is not appreciable, but from 100 0 C up to approximately 350 0 C, the deformation is completely uniform and occurs to a very rapid extent.
The coefficient of thermal deformation between these latter temperatures is relatively high, and indeed it is superior to the deformation characteristics of a wedge-bonded bimetal of monel metal and of a nickel steel. The alloy corresponding to curve 13 is in particular useful for temperatures between 150 0 C and 350 0 C. Below <B> 150 '</B> C, the deformation is not so great and, by Consequently, when the device is not in action, the stresses in the metal are considerably reduced, so that its durability is prolonged.
At the fis. 4, the iron alloy. nickel-manganese shown by curve 14 differs in manganese-nickel content from the alloy shown by curve 11 of the fis. 3. It should be noted that between 0 0 C and 200 0 C the expansion of this metal does not differ appreciably from the expansion of the steel-nickel alloy at 42%. This is seen in particular in curve 16 in that the part thereof between 0 0 C and 200 is substantially straight and is located a little below the zero expansion league. Indeed, the bimetal has the curvature of its curve slightly inverted between these temperatures.
From 200 0 C up to 400 0 C, the bimetal deforms to a relatively high extent. Its coefficient of thermal expansion is particularly high between these temperatures: The nickel content of the alloys characterized by: - curves I1 and 14 can vary practically between the limits of 15% and 40 0/0, and the manganese content can vary practically.
between the limits of. 10 / a. and 8% the nickel content of the alloys shown by curves 12 and 15 can vary between the practical limits of 38% and 45%.
A bimetal composed of the alloys represented by curves 14 and 15 and particularly useful between 200 0 C and .100 <B> OC, </B> until this is its most sensitive area to changes in temperature . When this bimetal cools below 200 ° C., the thermal expansion coefficients of the two metals are substantially equal, thereby reducing the forces between them below this temperature. The manganese-nickel content of the high-expansion alloy can vary in accordance with the temperature range to which a metal, in which it forms one of the cooperating elements, must be subjected.
As the deviation or deflection of a bimetal corresponding to curve 13 is very low at 150 ° C., the forces which are directly proportional to the deviation are relatively small and substantially zero for practical purposes. This phenomenon is desirable because it reduces the forces at relatively high temperatures and enables the bimetal to be used at these temperatures without sacrificing sensitivity.
Although the thermal expansion characteristic curves of the lower expansion member are given as referring to an iron alloy containing nickel, the invention is not limited to the use of this alloy, since that other alloys having a low coefficient of thermal expansion can be used. However, the nickel content of the alloy mentioned above may in certain cases be significantly less than 45 0 / u of the total alloy.
A preferred bimetal of the characteristic given by the curves of fig. 3 and 4 is partly composed of an iron alloy containing 38% nickel and 4.6% manganese,
and of a cooperating part in an iron alloy containing substantially 42% nickel and is very useful in the temperature range between 200 0 C and 400 0 C. A by firing from 0 0 C to 200 0 C, this Bimetal has for practical purposes a coefficient of thermal deviation or deflection equal to zero.