关于影响热双金属5J16比弯曲值因素的探讨

摘要：本文主要探讨了影响热双金属5J16带特此弯曲值的各种因素。通过试验，找出了厚度比、试样稳定化处理、测试误差是影响5J16比弯曲值的主要因素，确定了最佳厚度比和稳定化热处理等试验方法，从而保证了热双金属5J16带材比弯曲值的稳定性。

 

一、引言

热双金属是由两种或多种具有合适性能的金属所组成的一种复合材料。这种复合材料各组元屠的热膨胀系数是不同的，当温度变化时其曲率就发生变化利用热双金属的这一特性，制成的热敏元件广泛应用在航空、电机和家用电器等自动控制、调节、显示方面。

 

热双金属5Jl6在国标中的牌号为5J1578，是由铁镍锰钢(主动层)和铁镍钢(被动层)组成。其冷轧带材主要用在线路保护开关等装置上。在带材生产中，我们发现这类合金比弯曲值有时不够稳定，往往偏于标准上限，超出控制范围，给生产带来一定的被动。为了解决这一关键问题，我们经反复摸索、分析后，着重做了厚度比、稳定化热处理和测试误差等因素对比弯曲值影响的试验，找到了影响因素，取得了可靠数据，并结合实际，在生产、测试等方面采取了行之有效的措施，从而保证了热双金属5J16比弯曲值的稳定性。

二、试验内容

比弯曲(K)是表征热双金属敏感性能的重要物理参数。热敏感性是反映温度变化时热双金属弯曲或偏转的大小，这主要由热双金属的组合层的膨胀系数差值的大小决定。膨胀系数差值越大则敏感性越强。如果这一性能达不到标准要求，则其它性能也就没有什么价值可言，因而探讨诸因素对K值的影响是非常必要的。

影响K值因素较多，一般来说，首先是各组元层热膨胀系数差的影响，而膨胀系数又取决于台金的化学成分，但这种影响，对已实行标准化的热双金属5J16影响甚小(在此不详论)。下面着重探讨其它因素对K值的影响。

2．1厚度比对K值的影响

为探讨厚度比对5J16的K值的影响，我们首先将厚度比划分为配对厚度比(原始厚度比)和成品厚度比(实际厚度比)。对不同规格带材取条状试样，经同样热处理后，测一K值。

热双金属的弹性理论计算结果表明，对于成分规定的两组元层(即膨胀系数差和弹性模量之比一定时)它们的厚度之比能影响双金属的K值，并且若双金属按下列公式求得的厚度比，则K值最大。

h1/h2=√E2/E1

h1：主动层厚度 h2：被动层厚度  E1：主动层弹性模量 E2：被动层弹性模量

也就是说，当两组元层合金的弹性模量比的平方根和两组元层厚度比值成反比时，双金属的K值为最大。对于5J16热双金属按上式计算结果得出：

在各种规格的成品中，主动层厚度／被动层厚度=0．93时，其K值最高，这也可以从5J16热双金属厚度比对K值影响的曲线中看出，如图1所示。

当厚度比为图中A点数值时，5J16的K值为最大，而此点厚度比的数值完全和公式(h1/h2=√E2/E1)相符。然而要实现这一点，也就是说要在生产中用最佳厚度比(0.93)作为进一步控制5J16的K值的参数，事实上是有困难的。首先是配对厚度比经过热轧、水磨后，其厚度比是发生变化的，其次在实际生产中我们发现即使在同一试样上其各点的厚度比并不是没有波动。从下表中也可以看到这一情况；

 

由表可知，实际厚度比小于配对厚度比，这说明主动层合金在生产过程中比被动层损耗量大，显然这是轧制、氧化，水磨等因素综合彩响的结果。只有摸清这些因素，掌握其变化规律，控制好所确定的最佳厚度比，才能保证K值的稳定性。

我们认为，确定合理的配对厚度比是问题的关键。试验结果证明，当配对厚度比为1．O和O．95时，可获得较好K值。在较大规模生产中，若采用1．O配对厚度比更为理想。

2．2稳定化热处理对K值的影响

试验中我们选择厚度比接近的试样，分别在1OO～4OO℃不同温度下进行处理，保温时间为1．5小时，随炉冷却，在反复试验摸索中，我们发现，稳定化热处理的温度对K值也能产生一定的影响。图2为退火温度与K值的关系曲线。

 

图2表明，K值(K=13．8～l6)随着退火(即稳定化处理)温度升高，有明显降低趋势。但不是呈直线下降。为了满足标准要求，若采用330℃×1．5h的工艺制度，能获得较理想的K值。

2．3测试误差对K值的影响

热双金属比弯曲试验方法(悬臂梁法)是一种简单易行的试验方法。但该方法由于夹持端夹紧力的影响，造成测量结果的重现性差，这种情况目前还不能克服，有待于重新修订试验方法时给于适当的解决。下面我们着重介绍测量长度与厚度的比例对K值的影响。我们选用两种不同厚度(1．4mm、1．0mm)的试料，采取各种测量长度进行测试，其测试结果请看图3。

由图3可看出，随着测量长度的增大，比弯曲值逐渐下降。但试样厚度对K值也有影响。对一定厚度的试样，需选取合适测量长度，必须注意测量长度与厚度的比例，否则比弯曲值偏高。图3中曲线b，试样厚度为1．4mm，选择与图3中曲线a同样的测量长度，必然导致K值偏高。由此，对于厚度≥1．0mm试样测量长度应选l00mm为宜。

 

三、结论

1．对于热双金属5J16，当配对厚度比为1.0和0.95时，可获得较理想的K值，如果在较大规模生产中，采用1.0配对厚度比更为理想，问题的关键在于控制住水磨后坯料主、被动层的磨削量。

2．K值随着退火温度(稳定化热处理)升高而下降。5]I6经过稳定化处理后，K值约降低3．5％。

3.测量长度与厚度的比例对K值是有影响的，试验结果表明，减小测量长度与厚度的比例，比弯时值有明显增加。对于≥1．0mm厚度试样，测量长度在100mm为佳。