Биметалл это: Что такое биметаллы и их основные свойства

Биметалл | это… Что такое Биметалл?

Бимета́лл — композиционный материал, состоящий из двух или более различных металлических слоев металлов или их сплавов. Термобиметаллические материалы относятся к группе прецизионных материалов.^[1] Биметалл применяется для чеканки монет, при этом используются различные специальные сплавы.^[2].

Содержание 1 Применение 1.1 Антикоррозионное покрытие 1.2 Термочувствительный элемент 1.3 Высокочастотные проводники 1.4 Антифрикционное покрытие 2 Изготовление 3 Примечания 4 См. также 5 Ссылки

Применение

Биметаллы применяются во многих отраслях промышленности: коррозионностойкий биметалл используется для изготовления корпусов нефтехимического и атомноэнергетического оборудования; антифрикционные биметаллы — при изготовлении подшипников скольжения; биметаллы с особыми свойствами — при изготовлении узлов ракетно-космической техники. ^[3].

Антикоррозионное покрытие

Дешёвый металл (обыкновенная сталь) покрывается слоем (с одной или с обеих сторон) более коррозионно-стойкого (и дорогого) металла. Используется коррозионностойкая сталь, титан, латунь, серебро, медь, никель, алюминий и др.

Применяется для изготовления химических сосудов и аппаратов, кухонной утвари, дешёвых плакированных монет.

Недостаток биметалла при таком использовании — как правило, наличие незащищённого края (среза) у биметаллического изделия (торец у проволоки, гурт у монеты). Ржаветь биметалл начинает именно оттуда (электрохимическая коррозия).

Термочувствительный элемент

Основная статья: Биметаллическая пластина

См. также: Термобиметаллы

Из-за разницы в коэффициентах теплового расширения (КТР) металлов при нагреве пластина из биметалл изгибается в сторону металла с меньшим КТР.

Высокочастотные проводники

Вследствие скин-эффекта плотность переменного тока падает к середине проводника. Поэтому в ряде случаев бывает целесообразно заменять центральную часть проводника более дешёвым (и более прочным) металлом с худшими электрическими характеристиками (биметаллическая проволока медь-железо, медь снаружи).

Антифрикционное покрытие

Покрытие или вкладыши, покрытые баббитом применяются в подшипниках скольжения для уменьшения трения.

Изготовление

Основная статья: Плакирование

• одновременная прокатка
  • в случае биметаллической проволоки — волочением трубы со вложенным внутрь стержнем из другого металла.
• одновременное прессование
• Налив расплава одного металла на другой, более тугоплавкий
• погружение в расплав
• гальванический способ
• Газотермическое напыление
• наплавка
  • электрическим нагревом
  • плазменным нагревом
• сварка взрывом

Примечания

1. ↑ ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки.»
2. ↑ Биметаллические монеты
3. ↑ Лысак В. И., Кузьмин С. В. Сварка взрывом. — М.: Машиностроение — 1, 2005. — 543 с. — 500 экз. — ISBN 5-94275-220-6

См. также

• Металлургия
• Прецизионные сплавы
• Сварка

Ссылки

• Биметалл в БСЭ

Биметаллы

Биметалл – это металлический композиционный материал, состоящий из двух и более разнородных металлов или сплавов.

Цель создания биметаллов — получение материалов с новыми свойствами или же улучшение существующих свойств. В первую очередь это изменение свойств поверхности.

Изменить свойства поверхности можно по-разному. Например, используют разнообразные методы поверхностного упрочнения – поверхностную закалку, ХТО, ППД. О них написано в разделе «О лабораторных работах».
Иногда удобнее или выгоднее создавать биметаллы. Их изготавливают сразу из двух и более металлов (сплавов). Схема биметаллического материала показана на рис.1. Здесь монометалл – это обычный кусок металла$ двухслойный биметалл изготавливают из двух разнородных металлов; трехслойный в принципе может изготавливаться из двух или из трех металлов (сплавов), смотря по необходимости.

Рисунок 1. Схема биметаллических материалов.

Биметаллы получают пластической деформацией, литьем, нанесением различного рода покрытий, наплавкой и т.д. Макроструктура биметаллического материала из сталей 45 и 40Х

 показана на рис. 2. .
Образец сформирован методом поперечно-клиновой прокатки; сталь 45 – внутри, сталь 40Х – по кромке. Микроструктура показана на рис. 3. При хорошем контакте сплавов линия соединения не содержит дефектов (рис.3а), а в некоторых случаях практически и не заметна (рис.3б). При большом увеличении (рис. 4 а) видно, что структура одной стали плавно переходит в структуру другой. При нарушении технологии возможны несплошности, надрывы и пр. (рис. 4 б).

Рисунок 2. Макроструктура стального биметалла «сталь 45 – сталь 40Х»

а	б

Рисунок 3 . Микроструктура стальных биметаллических материалов в месте соединения

а	б

Рисунок 4. Зона соединения 2 сталей: а – качественное соединение, б – соединение с дефектами

Различают коррозионностойкие и износостойкие биметаллы.
Распространенным способом создания коррозионностойкого биметалла является плакирование. Плакирование — это совместная пластическая деформация своеобразного «сэндвича» – металла-основы и двух листов плакирующих металлов. Их складывают вместе и подвергают горячему деформированию, после которого биметалл представляет собой единое целое. Это трехслойный биметалл, показанный схематично на рис.1. Например, такой биметалл формируется после операции плакирования сплава Д16. Сам сплав Д16 не является коррозионно-стойким, его надо как-то защищать от коррозии. Поэтому дюралюминий плакируют чистым алюминием.

Способом создания коррозионностойких биметаллических материалов является и нанесение покрытий. Например, гальванических, имеющих достаточно большую толщину. На рис.5 показано покрытие хрома на стали 3. После травления выявляется структура стали; хром является коррозионно-стойким материалом и реактив для стали его структуру не выявляет. Покрытие имеет твердость больше, чем сталь – на рис.5 а видны отпечатки индентора микротвердомера, сделанные при одной и той же нагрузке; они гораздо больше для стали, чем для хрома. Такой биметалл относится также и к износостойким, поскольку износостойкость хрома существенно выше износостойкости стали.

а	б

Рисунок 5. Покрытие хрома на стали 3: а – без травления, б – после травления.

Для повышения износостойкости используется также наплавка одного металла на другой.

На рис.6 показан биметаллический материал «сталь 65Г+хромистый чугун». Место соединения материалов хорошо видно как по макро-, так и по микроструктуре. Теплоотвод при охлаждении такого образца происходит очень быстро «на массу» вглубь материала. Поэтому в чугуне формируется мартенсит.
Кроме наплавки чугуном возможно упрочнять поверхность наплавкой различных порошков. На рис. 7 показана структура поверхностных слоев при наплавке порошков Fe-Cr и Fe-Ti на сталь 45. Самый верхний слой (1) –наплавочный материал. Далее видна полоса переходной структуры (2), ниже располагается материал основы (3). Самая высокая твердость у наплавленного слоя (рис.8). При переходе к материалу основы (сталь 45) твердость снижается.

Рисунок 6 . Биметалл сталь 65Г+чугун (10%Cr): а – макроструктура, б – микроструктура

Рисунок 7. Структура наплавленных слоев на стали 45: а – Fe-Cr, б – Fe-Ti

Рисунок 8. Изменение микротвердости упрочненного слоя; наплавка порошка Fe-B

 

Биметалл: определение, свойства и применение

Во многих бытовых, коммерческих и промышленных процессах используются термостатические биметаллы для электрических или механических приводов. Их можно найти во многих переключателях управления, таких как ранние термостаты, часы, автоматические выключатели и электрические приборы.

Что такое биметалл?

Биметаллический или термостатический металл представляет собой лист или полосу из двух или более композиционных материалов с различными коэффициентами линейного теплового расширения, соединенных клепкой, пайкой или сваркой. Материал с большим коэффициентом теплового расширения (КТР) считается активным компонентом, а с меньшим КТР — пассивным компонентом. Активный компонент обычно имеет сплавы, содержащие железо, марганец, никель или хром в различных количествах. В то время как с пассивной стороны часто выбирают инвар, железо-никелевый сплав, содержащий 36% никеля. Некоторые биметаллы включают третий слой меди или никеля между активной и пассивной сторонами для увеличения теплопроводности и уменьшения удельного электрического сопротивления материала [1, 2].

Свойства биметалла

Биметаллы работают со склонностью металлов расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. Результирующее изменение кривизны или изгиба в ответ на изменение температуры является фундаментальным свойством всех термостатических биметаллов. По сути, изменение температуры преобразуется в механическое перемещение. Поведение биметаллов предсказуемо и повторяемо. Компоненты, используемые для биметаллов, выбираются по их температурным характеристикам, а также по их теплопроводности, стабильности, прочности, обрабатываемости и электрическим свойствам.

 

Гибкость

Основной характеристикой биметалла является гибкость, также известная как удельная кривизна. Это важное свойство биметаллов определяется изменением кривизны вдоль его продольной оси. Это выражается как [3]:

, где,

F = гибкость (° F ^-1 ) (SI: ° C ^-1 )*

R2, R1 = Радис. активная и пассивная стороны соответственно (дюймы) (СИ: мм)

T            = толщина полосы (дюймы) (СИ: мм)

T2, T1      = температуры (°F) (СИ: °C) стандартная система. Это не стандартный блок. Аналогично следует по всему тексту, если не указано иное. См. Обозначение ASTM B106 .

 

А для простой балки:

где,

 

L          = расстояние между опорными точками (дюймы) (СИ: мм)

B          = перемещение (дюймы) (СИ: мм)

 

Получено с Ref. 3

 

Радиус кривизны  

Кроме того, приведенное ниже уравнение показывает изгиб или радиус кривизны биметаллической полосы. Здесь мы можем увидеть факторы, влияющие на изгиб биметалла и его взаимосвязь [3]:

где,

 

ρ          = радиус кривизны полосы (дюймы) (СИ: мм) 1 )

α2            = коэффициент расширения второй полосы (°F ^-1 ) (SI: °C ^-1 )

T0, T1    = температуры (°F) (SI: °C)

E

= модуль упругости для первой полосы (psi) (SI: Па)

E2        = модуль упругости второй полосы (psi) (SI: Па)

t1, t2        = толщина каждого компонента (дюймы) (СИ: мм)

t           = толщина склеиваемой полосы (дюймы) (СИ: мм)

 

Это уравнение показывает, что термостатический изгиб биметалла прямо пропорционален изменению температуры составных полос и разнице в КТР и обратно пропорционален толщине объединенных полос. На радиус кривизны также влияет соотношение толщины и соотношение модулей упругости двух полос.

 

Удельное электрическое сопротивление и теплопроводность

Для приложений, в которых тепло генерируется при прохождении электрического тока через биметалл, важно знать удельное электрическое сопротивление и теплопроводность как параметры изменения температуры. Это верно для многих биметаллов, которые используются в качестве автоматических выключателей. Для резистора приведенное ниже уравнение показывает, как можно получить повышение температуры [3]:

Где,

ΔT = повышение температуры (° C)

I = ток (a)

ε = электрическое сопротивление (µω)

θ = время (s)

c = удельная теплоемкость (J/ g ° C), оцененный в 0,502 для всех биметаллов

d = плотность (г/см ³ )

W = ширина (мм)

T = общая толщина (мм)

с помощью удобного конверта факторов аналогичную формулу можно вывести в английских единицах.

Применение биметалла

 

Индикация температуры

Биметаллы используются для индикации температуры, как в спиральных или винтовых стрелочных термометрах. Такие термометры помогают измерять температуру в офисах, холодильниках и даже на крыльях самолетов. Биметаллы этого типа обычно имеют толщину от 0,005 дюйма (0,127 мм) до 0,015 дюйма (0,381 мм), а катушка крепится к шкале указателя, поскольку она создает достаточный крутящий момент для свободного перемещения указателя. Температурный диапазон, охватываемый биметаллами, составляет примерно от -50°F до 1000°F (от -46°C до 538°C). Угловая скорость отклонения обычно составляет 2,5-3° на градус Фаренгейта [4].

 

Контроль температуры

Биметаллы используются в качестве средства контроля температуры, например, в комнатных термостатах. В таких устройствах биметаллическая пластина содержит токопроводящую точку контакта, которая связана с сопряженной статической точкой контакта. Это позволяет осуществлять автоматическое переключение цепей для управления нагревом и охлаждением электрических устройств по мере того, как лопатка выгибается при достижении определенной температуры [4].

 

Трубные соединения

Для криогенных, немагнитных и ядерных применений, где необходимо надежное переключение свойств металлов, используются биметаллические муфты, обеспечивающие прямое соединение и переход для труб и трубок с различными коэффициентами теплового расширения. Эти фитинги могут также использоваться в других приложениях для теплопередачи [4].

 

Управление функциями

Путем подачи тепла на биметалл или так называемого вспомогательного нагрева можно управлять работой устройства, содержащего биметалл. Примерами таких устройств являются автоматические выключатели и устройства задержки времени. Относительными функциями, такими как ток и время, можно управлять, установив биметаллическую деталь в качестве активного элемента в устройстве [4].

[1] (2018) Биметаллы. Электрика4U. Получено с: https://www.electrical4u.com/bimetals/

[2] (2008) Справочник по термостатическим биметаллам KANTHAL. Получено с: https://www.ibt.co.il/uploaded_files/documents/Kanthal_Thermostatic_Bimetal_U3743.pdf

[3] (n.d.) Руководство дизайнера термостатического биметалла. Решения для инженерных материалов. Получено с: https://www.emsclad.com/fileadmin/Data/Divisions/EMS/Header/Bimetal_Desingers_Guide. pdf

[4] (1942) Ховард, Э. Р. Термостатический биметалл. Техника и наука, 5 (4). стр. 16-24.

 

Определение и значение биметалла – Merriam-Webster

би·​металл·​аль ˈbī-ˌme-tᵊl 

: биметаллический

биметаллический существительное

Примеры предложений

Недавние примеры в Интернете Используйте биметаллическую кольцевую пилу или ступенчатое сверло, коническое сверло с насечками (каждая насечка делает отверстие разного размера). — Рой Берендсон, 9 лет.0041 Популярная механика , 13 июня 2020 г. При изменении температуры стрелка перемещается в зависимости от величины деформации биметаллической катушки . — Свенья Лонер, Scientific American , 20 февраля 2020 г. Внутри этих термометров к стрелке прикреплена биметаллическая катушка . —Свенья Лонер, Scientific American , 20 фев. 2020 Алюминий, , биметалл , банки, бутылки, противни и подносы. — Рой Кент, Houston Chronicle , 6 июня 2019 г.

Эти примеры предложений автоматически выбираются из различных онлайн-источников новостей, чтобы отразить текущее использование слова «биметалл». Мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов. Отправьте нам отзыв.

История слов

Первое известное использование

1893, в значении, определенном выше

Путешественник во времени

Первое известное использование биметалл был в 1893 г.

Посмотреть другие слова того же года

Словарные статьи Рядом с

биметалл

биместральный

биметалл

биметаллический

Посмотреть другие записи поблизости

Процитировать эту запись0003

«Биметалл». Словарь Merriam-Webster. com , Merriam-Webster, https://www.merriam-webster.com/dictionary/bimetal. По состоянию на 19 декабря 2022 г.

Копия цитирования

Детское определение

биметалл

прилагательное

би·​металл·​аль ˈbī-ˌmet-ᵊl 

: bimetallic

Подпишитесь на крупнейший словарь Америки и получите тысячи дополнительных определений и расширенный поиск без рекламы!

Merriam-Webster без сокращений

дрейдель

См.