Wynalazek niniejszy dotyczy termosta- tyki, a w szczególnosci ogniw dwumetalo- lowych, zlozonych z dwu wspóldzialaja¬ cych stopów, korzystnie stopów zelaza od¬ powiednio ze soba polaczonych, z których jeden wykazuje wyzszy wspólczynnik roz¬ szerzalnosci cieplnej, izas wspólczynnik rozszerzalnosci drugiego jest nizszy i zbli¬ zony do wspólczynnika stopu zelaza z ni¬ klem.Wiadomo, ze czyste zelazo przy ogrze¬ waniu przechodzi przez punkt przemiany lezacy okolo 900°C, a przy dalszem ogrze¬ waniu — przez drugi punkt przemiany, mianowicie przy 1400°C, Budowa zelaza ponizej 900°C znana jest powszechnie pod nazwa postaci a-krystalicznej. Pomiedzy 900° a 1400°C czyste zelazo ma postac Y - krystaliczna, znana pod nazwa auste¬ nitu, zas powyzej 1400° nastepuje przemia¬ na budowy krystalicznej zelaza w* postac $ Przy ogrzewaniu czyste zelazo rozsze¬ rza sie jednostajnie az do 900°C, wykazu¬ jac przytem wspólczynnik rozszerzalnosci okolo 12 X 10'6 cm na 1°C, zas pomiedzy 900° a 1500°C, czyli miedzy pierwszym i drugim punktem przeksztalcenia, rozszerza sie ono takze równomiernie, lecz wykazuje nieco wyzszy wspólczynnik rozszerzalno¬ sci, mianowicie 20 X 10~6 cm na 1°C.Wynalazek polega na uzyciu jako ma- terjalu rozszerzalnego pod wplywem tem¬ peratury i wykazujacego wysoki stopien rozszerzalnosci stopu, zawierajacego odpo-wiedulo czyste zelaza i pewna ilosc manga¬ nu. Stop,taki przy ogrzewaniu zachowuje sie tak samo,'jak austenit i to w granicach temperatury od 150°C do SOO^C, W tych granicach temperatury stop ten wykazuje odwracalnosc swych wlasciwosci cieplnych, t. j, krzywa jego rozszerzalnosci przy o- grzewaniu jak i przy ostyganiu jest ta sa¬ ma. Pomiedzy ilOO°C a 125°C stop manga- nowo-zelazowy wykazuje wspólczynnik rozszerzalnosci qie rózniacy sie anaeznie od wspólczynnika rozszerzalnosci stopu niklu z zelazem, lecz powyzej 125°C wspólczynnik rozszerzalnosci stopu manga¬ nu z zelazem jest wyzszy. Stop manganu z zelazem, polaczony se stopem o nizszym wspólczynniku rozszerzalnosci, tworzy ele¬ ment dwumetalowy i jest szczególnie uzy¬ teczny w zakresie termostatyki, jak to zo¬ stanie wyjasnione ponizej.Wiadomo, ze zelazo czyste po nagnza= niu powyzej 900° C przechodzi przez stan, w którym budowa krystaliczna jego ulega zmianie, wobec czego wlasnosci jego róz¬ nia sie zaleznie od tego, czy temperatura materjalu przekroczyla wskazana tempera¬ ture lub tez pozostala od niej nizsza. Tak np, zelazo traci wlasnosci magnetyczne po nagrzaniu do mniej wiecej 900°C; wzrasta równiez wówczas jego wspólczynnik roz¬ szerzalnosci cieplnej. Wiadomo równiez, ze istnieje drugi punkt krytyczny w okolicach 1400°C, powyzej którego wspólczynnik ten znowu maleje. Poniewaz mangan nie jest tak drogi, jak nikiel korzystnie jest wiec, jako glówny skladnik stopu stosowac man¬ gan tak dalece, jak na to pozwalaja inne charakterystyczne wlasciwosci stopu. Wy¬ kryto, ze przy 10% dodatku niklu otrzy¬ muje sie odmiane, wykazujaca wysoki wspólczynnik rozszerzalnosci austenitu lub zelaza 7 w granicach od —100° do +400°C, Stop o wysokim wspólczynniku rozsze¬ rzalnosci, zawierajacy zelazo, mangan i ni¬ kiel, moze zawierac okolo 15% manganu; ponizej: podano przyklady stopów, zawie¬ rajacych mniej niz 8% manganu i 8 do 15% niklu.Fig, 1 przedstawia krzywe rozszerzania sie dwóch stopów zelaza, z których jeden zawiera zelazo i mangan, oraz krzywa ogni¬ wa dwumetalowego, zawierajacego te sto¬ py; fig* 2 przedstawia na wykresie przy pomocy krzywych rozszerzanie sie stopu zelaza, zawierajacego mangan i 8 do 15% niklu, i drugiego stopu zelaznego zawiera¬ jacego nikiel, jak rów&iez róznice rozsze¬ rzania sie miedzy temi stopami, która jest miara wygiecia sie w pewnej.temperaturze, które mozna otrzymac przy polaczeniu obu tych stopów w ogniwo dwumetalowe; fig. 3 przedstawia rozszerzanie sie stopu zelazo- mangano-niklowego, zawieraj acego mniej niz 8% niklu, oraz róznice miedzy rozsze¬ rzalnoscia tych stopów; fig, 4 przedstawia rozszerzalnosc cieplna innego stopu niklo- manganewego, zawierajacego mniej niz 8% niklu, oraz róznice miedzy rozszerzalnoscia tych stopów.Na wykresach na osi rzednych odklada sie rozszerzanie sie w tysiacach na jednost¬ ke dlugosci, zas na osi odcietych tempera¬ ture w stopniach Celsjusza, Na fig, 1 krzywa rozszerzalnosci ciepl¬ nej, oznaczona liczba H, przedstawia roz¬ szerzanie sie stopu, zawierajacego mangan, zelazo i niewielki procent wegla. Krzywa oznaczona liczba 12 przedstawia rozsze¬ rzalnosc stopu niklo-zelaznego, tworzacego element dwumetalowy lacznie ze stopem scharakteryzowanym przy pomocy krzy¬ wej 11. Krzywa 13, przedstawiona linja przerywana, przedstawia róznice miedzy rozszerzalnoscia stopów scharakteryzowa¬ nych przez krzywe 12 i 11, do której w od¬ powiednich warunkach jest wprost propor¬ cjonalne wygiecie ogniwa dwumetalowego, zlozonego z tych stopów.Stop scharakteryzowany krzywa 11 wy¬ kazuje bardzo wysoki wspólczynnik rozsze¬ rzalnosci cieplnej miedzy 100° a 500°C, Pomiedzy 100°C i 150° wspólczynnik ten — 2 —maleje i zbliza sie do wartosci wspólczyn¬ nika stopu scharakteryzowanego krzywa 12. Nalezy zaznaczyc, ze miedzy —150°C a +100°C róznica miedzy rzednemi krzy¬ wych 11 i 12 wynosi prawie 0, j&k to uwi¬ doczniono przy potnocy krzywej 13. Od 100 do 400°C róznica rozszerzalnosci sto¬ pów 11 i 12 jest bardzo zhaezna i równo¬ mierna/ Ogniwo dwumetalowe, scharakte¬ ryzowane przez krzywa 13, zachowuje roz- szierzalnosc elastyczna w temperaturze d- kolo500°C.Gharakterystydzile wlasciwosci stopu przedstawionego zapomoca krzywe} 11 mozna zmienic, zttiifeniajac w nim zawar¬ tosc manganu W granicach od 15 do 30%, orAz stosujac umiarkowano dodatki ifcnych pierwiastków^ Stop scharakteryzowany przez krzywa* 12 moze byc stopem niklowo- zelaznym o zadanym wspólczyiiniku roz¬ szerzalnosci i moze byc odpowiedni do u- zyda z& stopem maiigano-zelaznym. Ele¬ ment dwumetalowy * zlozony z 45% stopu niklo-zelaznego oraz stopu zelaza zawiera¬ jacego 23% manganu i 1% wegla, jest bar¬ dzo wrazliwy na zmiany temperatury od 150°C do 400°C. Pomiedzy 150°C i —150°C ten element dwumetalowy do celów prak¬ tycznych wykazuje rozszerzalnosc zerowa.Dlatego tez w tych granicach temperatury nie podlega oil natezeniu mechanicznemu.Oczywiscie zawartosc niklu w stopie scharakteryzowanym przez krzywa 12 mozna zmieniac odpowiednio do zawarto^ sci manganu lub innego pierwiastka dodat¬ kowego w stopie scharakteryzowanym przez krzywa //, aby w ten sposób otrzy¬ mac element dwumetalowy do celów ter¬ mostatycznych dzialajacy w szerokich gra¬ nicach temperatury, dla których ma byc odpowiedni, a nienadajacy sie zupelnie w temperaturach niezawartych w zadanych granicach procesu.Na fig. 2 krzywa // przedstawia roz¬ szerzalnosc cieplna stopu zelaznego, zawie¬ rajacego w przyblizeniu jednakowe czesci manganu i niklu W zft&óznyfeh ilosciach.Krzywa 12 przedstawia rozszerzanie sie stopu o stosunkowo fiiskim wsgotezyaniku rozszerzalnosci, zawieraj^efego okolo 38% niklu, zas krzywa ^charakteryzuje wygie¬ cie pód wplywem temperatury ogniwa dwu- metalcWegó, zlozonego ze stopów* scharak* teryzowaftych przez krzywe 11 i 12. Rzed* ne krzywej 13 otrzymuje sie przez odjecie rzednych krzywej 12 od rzednych krzywej 11.Nalezy zaznaczyc, ze krzywa 11 Jest wklesla od —150° do —75°, zas od —75° dó -h450° stanowi aha prawie pfósta linje, której regularnosc dowodzi, ze stop zlo* zony z manganu, niklu i zelaza rozszerza sie istnie równomiernie w temperaturze od —75° dd 450°C, Krzywa 12 charakteryzuje stop, zawie¬ rajacy w przybliienui 38% niklu i wfcpól° pracujacy ze stopem scharakteryzowanym przez krzywa '11, przyczyni nalezy zazna* czyc, ze wspólczynnik rozszerzalnosci stos pU niklo*zelazriego jest prawie równomier* ny miedzy —100° a 250°C.Charakterystyke rozszerzalnosci ogni* wa dwumetalowego, zlozonego ze stopów odpowiadajacych krzywym 11 i 12, daje szczególowo krzywa 13. Nalezy zauwazyc, ze element dwumetalowy zlozony z tych dwóch stopów wykazuje odchylenie prawie równomierne od —75° do +250*0, Powy* zej 300°C dwumetal wygina sie slabiej niz miedzy— 100° a 300°C i krzywa zbliza sie do poziomej, co dowodzi, ze dalej wygina¬ nie sie maleje przy dalszym Wzroscie tem¬ peratury.Przedzial temperatur dla równomierne¬ go wspólczynnika wygin&tiia sie w zalez¬ nosci od wspólczynnika rozszerzalnosci cieplnej miedzy 0° a 250° mozna rozciag gnac na temperatury wyzsze niz 250°C.W ten sposób dwumetal zlozony ze stopu odpowiadajacego krzywej 11 oraz stopu o wiekszej zawartosci niklu niz W stopie odpowiadajacym krzywej 12 bedzie wyka- — * —zywal prosta linje wyginania sie od —100°C az do +300°C, zaleznie od wzro¬ stu zawartosci niklu w stopie, scharaktery¬ zowanym przez krzywa 12.Pozadane jest, zeby zawartosc manga¬ nu plus 21/2-krotna zawartosc niklu wyno¬ sily nie mniej niz 30%, Nikiel i mangan mozna uzyc w wiekszych ilosciach pod wa¬ runkiem, ze ogólne wlasciwosci charakte¬ rystyczne stopu, odpowiadajacego krzywej 11, w zwiazku z temperatura nie ulegna za¬ sadniczej zmianie. Stop zelazny o odnos¬ nym charakterze, zawierajacy 10% man¬ ganu i 10% niklu, jest szczególnie wrazli¬ wy na zmiany temperatury i wykazuje równomierny wspólczynnik rozszerzalno¬ sci.Granice rozszerzalnosci cieplnej dla dwumetalu wedlug fig, 2 mozna zmieniac, zwiekszajac i zmniejszajac zawartosc niklu w stopie niklowo-zelaznym. Rozszerzalnosc cieplna dwumetalu mozna równiez zmienic zgodnie z zastosowaniem sposobu, polega- jacem na zmianie zawartosci manganu albo niklu albo jednego i drugiego w stopie ze- lazno-niklo-manganowym oraz zawartosci niklu w stopie zelazno-niklowym.Na fig, 3 krzywa 11 przedstawia roz¬ szerzalnosc stopu o wysokim wspólczynni¬ ku rozszerzalnosci, zawierajacego nikiel i nie mniej, niz 8% manganu, zas krzywa 12 rozszerzalnosc stopu niklo-zelaznego o sto¬ sunkowo niskim wspólczynniku rozszerzal- nosci, zawierajacego 42% niklu. Krzywa 13 przedstawia wyginanie sie przy rozsze¬ rzaniu sie pod wplywem temperatury paska dwumetalowego, zlozonego z metali odpo¬ wiadajacych krzywym 11 i 12. Na fig, 4 krzywa 14 przedstawia rozszerzanie sie sto¬ pu zelaznego o wysokim spólczynniku roz¬ szerzalnosci, zawierajacego nikiel i mangan w innych ilosciach niz w stopie scharakte¬ ryzowanym przez krzywa 11. Krzywa 15 charakteryzuje rozszerzanie sie 42% stopu niklo-zelaznego, zas krzywa 16 charakte¬ ryzuje zachowanie sie podczas ogrzewania elementu dwumetalowego, wykonanego przez polaczenie pasków ze stopów odpo¬ wiadajacych krzywym 14 i 15.Rozszerzalnosc stopu odpowiadajacego krzywej 11 na fig, 3 wzrasta stopniowo od 0° do prawie 100°C, zas' od 100° do powy¬ zej 400°C wzrost rozszerzalnosci jest szyb¬ szy i znacznie równomierniej szy.Rozszerzalnosc stopu odpowiadajacego krzywej 12 jest prawie równomierna od 0° do 300°C; lecz powyzej tej temperatury znacznie wzrasta. Krzywa 13 przedstawia rozszerzalnosc dwumetalu, zlozonego ze stopów 11 i 12 i nalezy zauwazyc, ze od 0 do 100°C rozszerzalnosc ta nie jest znacz¬ na, izas od 100°C do prawie 350°C jest Drawie równomierna lecz wzrasta szybko.Wspólczynnik rozszerzalnosci miedzy te- mi ostatniemi temperaturami jest stosunko¬ wo wysoki i jest faktycznie wyzszy od wspólczynnika rozszerzalnosci dwumetalu zlozonego z metalu Monela i stali niklo¬ wej, Stop odpowiadajacy krzywej 12 na¬ daje sie szczególniej do kontrolowania tem¬ peratur od 150° do 359°C. Ponizej 150°C rozszerzalnosc nie jest tak duza, natezenie w metalu jest znacznie zmniejszone, co sprzyja korzystnie dluzszej jego trwalosci.Na fig. 4 stop niklo-mangano-zelazny, scharakteryzowany przez krzywa 14, rózni sie zawartoscia manganu od stopu odpo¬ wiadajacego krzywej 11 na fig. 3. Nalezy zaznaczyc, ze pomiedzy 0°C i 200°C roz¬ szerzalnosc tego metalu nie rózni sie znacz¬ nie od stopu 42% stali niklowej. Jest to wyraznie widoczne na krzywej 16, której czesc odpowiadajaca temperaturom od 0° do 200°C jest prawie pozioma i lezy wpo- blizu wartosci zerowej linji rozszerzalno¬ sci. Rzeczywiscie i dwumetal pomiedzy te- mi temperaturami wykazuje krzywa slabo zakrzywiona. Pomiedzy 200° a 400°C me¬ tal rozszerza sie stosunkowo szybciej, W tych temperaturach spólczynnik rozsze¬ rzalnosci jest szczególnie wysoki.Zawartosc niklu w stopach odpowiada- — 4 —jacyeh krzywym 11 i 14 moze sie zmieniac w granicach od prawie 15% do 40%, zas zawartosc manganu miedzy 1% a 8%.Zawartosc niklu w stopach scharakte¬ ryzowanych przez krzywe 12 i 15 moze sie zmieniac w granicach od 38% do 45%, Dwumetal izlozony ze stopów odpo¬ wiadajacych krzywym 14 i 15 jest szcze¬ gólnie uzyteczny w strefie temperatur od 200°C do 4Q0°C; jest to strefa najwiekszej jego wrazliwosci na zmiane temperatury.Podczas ostygania tego dwumetalu do oko¬ lo 200°C. wspólczynnik rozszerzalnosci tych dwóch metali jest prawie jednakowy, przyczem ponizej tej temperatury izmniej- sza sie natezenie miedzy temi dwoma meta¬ lami. Zawartosc manganu i niklu w tym stonie o wysokim wspólczynniku rozsze¬ rzalnosci moze sie zmieniac odpowiednio do strefy temperatur, której ma Todlegac dwumetal, którego jednym ze wspóldziala¬ jacych skladników jest dany storp. Poniewaz wygiecie sie dwumetalu odpowiadajacego krzywej 13 jest bardzo lagodne, wiec i na¬ tezenia, proporcjonalne do tego wygiecia, sa odpowiednio niskie i beiz znaczenia dla celów praktycznych. Zjawisko to jest ko¬ rzystne, poniewaz powoduje zmniejszenie natezen w odpowiednio wyzszych tempe¬ raturach i pozwala na zastosowanie tego dwumetalu w tych temperaturach bez szko¬ dy dla jego wrazliwosci.Chociaz krzywe wyobrazajace przebieg rozszerzania sie pierwiastków o niskiej roz¬ szerzalnosci dotycza stopów zelaza, zawie¬ rajacych nikiel, jednakze wynalazek nie ogranicza sie do wymienionych stopów, a w zakresie jego mozna stosowac równiez inne stopy o niskim wspólczynniku rozsze¬ rzalnosci cieplnej. Zawartosc niklu w wy¬ zej wspomnianym stopie moze w pewnych przypadkach wynosic znacznie mniej niz 45% calosci stopu.Odpowiedni dwumetal, zgodnie z fig. 3 i 4, sklada sie ze stopu zelaznego, zawiera¬ jacego 38%, i 4,6% manganu, oraz ze wspóldzialajacego stopu zelaznego zawie¬ rajacego prawie 42% niklu, i jest szczegól¬ nie uzyteczny w strefie temperatur od mie¬ dzy 200°C a 400°C. Od 0° do 200°C metal ten dla celów praktycznych wykazuje ze¬ rowy wspólczynnik odchylenia lub zgiecia. PL