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Publication number: BE478301A
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Description


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  " ORGANE DE CONTROLE" 
L'invention se rapporte à des éléments de thermostats formes dtalliages à coefficient de dilatation élevé. Elle se rapporte plus particulièrement à des alliages ayant une ténacité et une limite d'élasticité élevées, combinées avec un coefficient de dilatation linéaire élevé, et à des pièces métalliques pour thermostat, particulièrement bimétalliques dont les éléments à   @   dilatation élevée sont les alliages de manganèse, de nickel et de cuivre divulgués ci-dessous. 



   Les alliages ou métaux pour thermostats objets de   Itinven-   tion sont constitués de manganèse, nickel et cuivre. 



   L'invention sera expliquee partiellement par référence aux dessins ci-annexés, savoir : 
La figure I est un diagramme ternaire comportant un certain nombre de courbes démonstratives des caractéristiques de dilatation 

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 linéaire des alliages, et 
La figure 2 est un diagramme semblable indiquant certaines zones. 



   Dans la figure I, le demandeur a. indiqué les coefficients de dilatation au ;noyen de lignes correspondant à des valeurs constantes des dits coefficients, tracés sur un diagramme ter- naire représentant le système à 3 éléments, manganèse, nickel et cuivre. Bien que les alliages de manganèse, de nickel et de cuivre indiques ici soient très utiles en ce qui concerne l' objet de la présente invention sans traitement thermique, ceux figures sur le   diagramme   ont ete prépares par trempe à partir de   900 C   et écrouissage subséquent. Les coefficients de dila- tation des alliages une fois trempés et travaillés   à   froid ne sont pa,s affectés par un traitement thermique subséquent.

   Dans le tableau   suivante   le demandeur indique les coefficients liné- aires de dilatation de   quelques   alliages caractéristiques, à l'état trempé et travail à froid et aussi après   vieillissement,   à 450 C. Dans ce cas particulier les mesures furent faites entre la température ordinaire et 100 C. 



   COEFFICIENT DE DILATION LINEAIRE EN 
 EMI2.1 
 10- yun4 
 EMI2.2 
 
<tb> COMPOSITION <SEP> Trempes <SEP> et <SEP> Trempes <SEP> à <SEP> Vieillis <SEP> à
<tb> 
<tb> Mn <SEP> Ni <SEP> Cu <SEP> travailles <SEP> partir <SEP> de <SEP> 4500
<tb> 
<tb> à <SEP> froid <SEP> 9000
<tb> 
 
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 r'5 20 5 04,7 26,5 N5,5 75 5 20 336 m5 22,5 25 10 65 Ibb8 19.1 16,4 20 20 60 14,9 17,5 1512 70 30 0 22,5 22,6 I,O 90 5 5 14,5 33,1 15, ex 72 10 18 26,I 2813 21,5 
En plus du coefficient de dilatation linéaire élevé carac- térisé par les valeurs indiquées ci-dessus, le demandeur a   trouvé   que ces alliages possèdent dtautres propriétés précieuses qui les 
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 rendent utiles pour la fabrication d'objets où des 6Gat'ficie:

  ats de dilatation élevés sont nécessaires, comme indiqué par le tableau , certains alliages objets de l'invention peuvent être durcis par 

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 traitement thermique. L'importance de ce durcissement et le traitement thermique choisi pour le déterminer différent suivant les gammes de composition. 



   Dans la figure 2, le demandeur a indiqué plusieurs gammes de composition, qui ont été désignées par des surfaces entourées d'un traita indiquées par les lettres A, B et C. Dans la   gamme   de compositions correspondant à la zone A, le demandeur a trouvé qu'un traitement convenable pour obtenir une résistance et une limite d'élasticité élevées consiste à chauffer ' à une température d'environ 900 C, à tremper et ensuite vieillir à environ 450 C. 



  Un ou plusieurs stades de travail à froid peuvent être introduits entre la trempe et le vieillissement, comme résultat de se trai- tement thermique, l'on peut donner aux dits alliages une ténacité variant dtenviron I05 à 140 kgs/mm2 et une limite d'élasticité correspondant à environ 75% de la ténacité. L'on peut même obte- nir des ténacités plus élevées, mais la limite d'élasticité, en règle générale, se rapproche alors de la valeur limite corres- pondant à la limite supérieure de la ténacité. 



   Dans la plage de composition B, un traitement -thermique convenable consiste à tremper les alliages à partir d'environ 900 C et à les vieillir ensuite à une température de 700 C. 



  Dans ces conditions, ces alliages présentent une dureté   considé-   rablement accrue. 



   Dans la plage de composition 0, un traitement thermique convenable consiste à tremper les alliages à partir dtenviron   900 0   et à les vieillir ensuite à une température de   600 0.   Avec ce traitement des dits alliages, 1?on peut obtenir des ténacités d'environ 84   Kgs/mm2.   Le demandeur a trouvé que les alliages objets de   l'invention   possèdent une résistance électrique élevée, et que celle-ci peut être considérablement augmentée par trempe à partir d'une température de   900 0,   
L'alliage trempé peut être travaillé à froid sans affecter fâcheusement sa résistivité;

   Le demandeur a trouvé qu'il y a un 

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 :parallélisme approché entre   la   résistance   élec trique   et le coefficient de dilatation linéaire des alliages objets de l'in- vention, il a trouvé, par exemple que des alliages ayant une 
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 resistivite comprise entre 170 et 200.10- orohmscsn3 presen- tent un 'ooefIloient de dilatation lineaire de:passant 20.10-6crn/ cm/degré C, et que des alliages ayant une résistivité inférieure a 150-10"Ô ohms/om3, ont un coefficient de dilatation d'environ 15-Ip'yo/cr/der 0. 



   Le demandeur a trouvé qu'un vieillissement à   450 0     afiecte   fâcheusement la résistivité électrique dans les alliages à l'intérieur de la plage de composition indiquée par la   zône   A dans la figure 2, tandis que, dans la zone B de la figure 2, la   résistivité   est fortement accrue par traitement thermique. Le traitement convenable pour   proauire   des résistivites très éle- vées dans les alliages à   l'intérieur   de la zone B, consiste en 
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 une trempe à partir de 9000Q, suivie d'un réchauffage à 700 0 pendant plusieurs heures, on peut obtenir, par ce traitement des résistivites atteignait jusqu'à 20Q0-IQI ohms. 



   Le demandeur a trouvé que les   alliages   de manganèse, de nickel et de cuivre ont   des   coefficients de   température   rela- 
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 tivew6nt bas en ce qui concerne la résistivité. Je coefficient étant spécialement bas dans les alliages ayant des coefficients 
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 <<e dilatation linéaire ci.'environ 15-10 cm/cm/degré c. et dans ceux o,. ledit coefficient dépasse 20-Ip=' onycm/¯ewé C 
Tous ces alliages ont un module d'élasticité relativement élevé, beaucoup d'entre eux ont un module d'élasticité dépassant 
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 14.000 Kgs fOTce/cü2. Ces alliages possèdent également une ré-   Gistance   élevée à la fatigue.

   Ces propriétés diverses combinées avec des coefficients élevés de dilatation linéaire rendent les alliages objets de l'invention particulièrement utiles pour la fabrication de rubans bimétalliques pour le contrôle des tem- pératures. Il est important que de tels rubans presentent non seulement un coefficient de dilatation linéaire élevé, mais aussi 

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 une limite et un module   dtélasticité   élevés. Un décrément   d'amor-   tissement élevé est précieux également pour des matériaux des- tinés à cet usage puisqu'il peut ainsi éviter le rebondissement des contacts électriques qui est fréquemment provoqué par Item- ploi'de tels rubans. 



   Un coefficient de résistivité élevé, combiné avec un coef- ficient de dilatation élevé est très utile dans certains types d'appareils électriques où il est avantageux d'utiliser la dila- tation dtun organe chauffé par le passage d'un courant électrique. 



  Les propriétés de ces alliages les rendent très précieux dans de nombreux types d'organes de contrôle de température et élec- triques dans les diverses industries où de tels organes de con- trôle sont utilisés, titre d'emple, l'on peut se référer aux rubans   bimé   talliques sensibles aux variations de température. Un type habi- tuel de ruban est celui consistant en un élément à faible dila- tation, formé d'un alliage à haute teneur en nickel tel que l'Invar combiné avec un élément à forte dilatation tel que le laiton, le cuivre ou certains alliages de nickel, de chrome et de fer.

   En employant un tel alliage de nickel à haute teneur tel que l'Invar /64% de fer, 36% de nickel/, ayant un faible coefficient de dilatation linéaire et un des alliages objets de l'invention ayant un coefficient de dilatation linéaire voisin de ou supérieur à 25-10-6 cm/cm/degré C le demandeur peut obtenir environ un déplacement double, pour une variation de un degré, de celui obtenu avec le ruban habituel. Le demandeur peut aussi utiJ.iser un acier ardinaire en combinaison avec les alliages à forte dilatation objets de l'invention, et obtenir des avantages considérables. 



   Le composant à faible dilatation, bien que le plus convena- blement choisi soit l'Invar, ou tout autre alliage fer/nickel, à fort pourcentage de ce dernier, de l'ordre de 36% ou plus, peut être n'importe quel métal ou alliage, dont des exemples dé- 

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   monstratifs   sont exposés dans les brevets de Reginald   S.Dean   n  947065 et   1.991.438   déposés aux Etats-Unis. Les alliages du demandeur peuvent être obtenus avec un module d'elasticité supé- rieur à   14.000     Kgs/mm2,   chiffre sensiblement dans la gamme des aciers. En produisant les rubans   bi-métalliques,   l'on peut les souder, les fondre, les braser ou les traiter d'autre manière con- forme aux pratiques usuelles. 



   Bien que le demandeur ait   mentionne,   à titre indicatif des ruba.ns métalliques, il est entendu que de tels rubans ou organes peuvent comprendre plus de 2 lames, ou que le dispositif répon- dant à la   température   peut prendre la forme de dispositifs me- sadiques connus, tels qu'un barreau à l'intérieur   d'un   tube, 
Un autre type d'organe de   commande   sera celui ou la dila- tation   d'une   pièce simple, par exemple une barre est utilisée en vue d'une   commande   compte tenu de la grande résistivité pou- vant être obtenue avec les alliages objets de l'invention,   l'cr-   gane de   commande   peut transporter un courant électrique,

   et être utilisé dans un circuitou l'augmentation de   température   par la résista.nce de cet organe produit une dilatation linéaire telle qu'elle ouvre un jeu de contacts et coupe le courant. Dans un tel dispositif, l'organe est sensible directement au courant qui le parcourt. D'autres installations caractéristiques, de ce type général peuvent être utilisées. Il est bien entendu que la présente invention est largement applicable aux   mécanismes   thermostatiques ou les alliages de manganèse, de nickel et de cuivre formant   l'élément   à dilatation élevée de la partie à dila- tation différentielle de tels   mécanismes,   qui utilise une   àiffé-     rence   dans la dilatation thermique de deux ou plusieurs matières. 



   La composition des alliages utilises conformement à la pré- sente invention pour lesquels les proprietés discutées ci-dessus peuvent être obtenues résulte clairement de la discussion seule aussi bien que des diagrammes. Les multiples   proprietés   que lion peut obtenir doivent évidemment être considérées dans la   construc..   

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 tion dtun élément de contrôle. Les diagrammes montrent qu'une proportion minima de 10% de manganèse est nécessaire, mais que dans certains cas, elle paut atteindre jusqu'à 97% du total. 



   La proportion de cuivre peut varier, de même, considéra- blement, mais celle de nigkel ne doit pas dépasser 70% du total. 



  Un groupe d'alliages satisfaisants comprend ceux contenant de 3% à 26% de nickel, de 2% à 25% de cuivre et de 67% à 80% de manganèse, le total des dits métaux étant pratiquement de 100%. 



  Une autre plage de propriétes excellentes comprend les alliages renfermant de 8% à 20% de nickel, de 7% à 19% de cuivre, le complément étant à peu près en totalité du manganèse, spéciale- ment du manganèse électrolytique de pureté élevée. Un groupe d' alliages particulièrement satisfaisants comprend ceux contenant d'environ 70% à 75% de manganèse, d'environ 8% à environ 15% de nickel, et d'environ I5% à 20% de cuivre. Un alliage   spécia-   lement précieux est un alliage d'environ   72%   de manganèse, en- viron 10% de nickel et environ 18% de cuivre, particulièrement   lorsqu'il   est préparé à partir de métaux très purs, de préférence ceux produits électrolytiquement. 



   Du manganèse électrolytique à 99%, ou mieux du degré de pure- té 99,9% est particulièrement satisfaisant dans la préparation des alliages à haute dilatation employés conformément à   ltinven-   tion. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims

REVENDICATIONS I) Organe de commande, prévu pour se dilater et se contracter respectivement par chauffage et refroidissement comprenant des organes métalliques ayant diverses caractéristiques de dilatation, mn des dits organes étant constitue par un alliage de manganèse, nickel et cuivre, le dit alliage ayant un coefficient de dilata- tion supérieur à 20-10-6 par degré C, et composé de 67% à 80% de manganèse , de 3% à 26% de nickel, et de 2% à 25% de cuivre, le total du manganèse, du cuivre et du nickel étant sensiblement de 100%. <Desc/Clms Page number 8>

2) Organe de contrôle suivant I), caractérisé par les points suivants, pris isolement ou en combinaison: a) L'alliage comprend, de 8% à. 20% de nickel, de 7% à 19% de cuivre, le complément du dit alliage étant constitue, à. peu près totalement par du manganèse. b) L'alliage comprend de 70% à 75% de manganèse, de 8% à 15% de nickel et de 15% à 20% de cuivre. c) L'alliage comprend environ 10% de nickel, environ 18% ae cuivre et environ 27% de manganèse.

d) L'un des éléments de l'organe de contrôle est constitué en un alliage fer-nickel à haute teneur en nickel ayant un faible coefficient de dilatation linéaire, l'autre consistant en un alliage suivant c). e) L'un des éléments de l'organe de contrôle est en Invar, l'autre constituant en un alliage suivant e), f) L'un des éléments de l'organe de contrôle est constitué en Invar, l'autre en un alliage suivant I), le manganèse étant du manganèse électrolytique titrant au minimum 99%. g) L'un des éléments de l'organe de contrôle est constitué en un alliage fernickel comportant au moins 33% de nickel à faible coefficient de dilatation, l'autre en un alliage suivant I) le manganèse étant du manganèse électrolytique titrant 99,9% au minimum.

h) L'un des éléments de l'organe de contrôle est constitué en une matière à faible dilatation, l'autre en un alliage sui- vant I), présentant une résistance électrique d'au moins 170 microhms/cm. i) L'élément à faible dilatation est en Invar, l'autre en un alliage dont le coefficient de dilatation n'est pas sensible- ment inférieur à 25-10-6 cm/cm/degré C, et comprenant de 70% à 75% de manganèse, de 8% à I5% de nockel et de 15% à 20% de cuivre, 3) Ruban bimétallique, dont le premier élément est un Invar, le second de coniposition différente, en un alliage suivant I) ayant un coefficient de dilatation linéaire supérieur à 25-10-6, <Desc/Clms Page number 9> 4)

Ruban bimétallique suivant 3), caractérisé par un ou plusieurs des points suivants: a) Le ruban bimétallique comporte un premier élément métal- lique à faible coefficient de dilatation linéaire, et un second élément constitué en un alliage. suivant I), et comportant de 70% à 75% de manganèse électrolytique titrant au minimum 99,9%, de 8% à I5% de nickel et de 15% à 20% de cuivre.

b) L'élément métallique à faible dilatation linéaire est constitué par un alliage fer-nickel contenant une forte propor- tion de nickel, et un second organe constitué en un alliage suivant 1) ayant un coefficient de dilatation linéaire minimum dtenviron 35-10- /degré 0, et composé de 8% à 20µla de nickel, de 7% à 19% de cuivre, le complément du dit alliage étant à peu près en totalité du manganèse électrolytique de haute pureté. c) L'élément métallique à faible dilatation est constitué par de l'Invar.

5) Métal pour thermostats comportant un feuilletage de plusieurs lames métalliques jointures, une desdites lames ayant un coefficient de dilatation relativement élevé, et constituée en un alliage ayant la composition pondérale suivante.

Manganèse de plus de 50% jusqutà environ 90% nickel 4% à 20%, le complément étant sensiblement dans sa totalité du cuivre dans la proportion minima de 5%; l'autre partie ayant un coefficient de dilatation linéaire relativement faible.

6) Métal pour thermostat suivant 5), caractérisé par les points suivants, pris isolément ou en combinaison. a) L'alliage à dilatation élevée à la composition pondérable suivante: manganèse 60% à 85% nickel 5% à 30%, complément sensi- blement tout cuivre, dans la proportion minima de 7%. b) L'alliage à dilatation élevée à la composition pondérale suivante : manganèse environ 72%, cuivre 18%, nickel 10%. c) La partie peu dilatable est constitué par de l'Invar.

7) Dispositif sensible aux changements de température pour exécuter un travail ou des mouvements mécaniques, comprenant une <Desc/Clms Page number 10> multiplicité d'organes métalliques, un desdits organes ayant un coefficient de dilatation linéaire relativement élevé, et cons- titué en un alliage ayant la composition pondérale suivante: Manganèse de plus de 50% jusqu'à environ 90%, nickel 4% à 30%, le complément étant sensiblement dans sa totalité du cuivre dans la proportion minima de 5%; l'autre organe ayant un coefficient de dilatation linéaire relativement faible, et constitué essen- ti@llement en Invar, alliage de fer et de nickel.

8) Dispositif suivant 7) sensible aux variations de tempé- rature, caractérisé par les peints suivants, pris isolément ou en combinaison: a) L'alliage à forte dilatation , la composition pondérale suivante: manganèse 60% à 85%, nickel 5% à 30%, complément à peu près en totalité du cuivre, dans une proportion minima de 7%. la) L'alliage à forte dilatation a la composition pondérale suivaate; manganèse environ 72%, cuivre environ 18% etnickel environ 10%. c) L'élément non constitué en alliage manganèse, nickel cuivre suivant 9) a un faible coefficient de dilatation,