Способ изготовления термоэлементов из термобиметаллов в форме сферических дисков

 

(ю) Ук (и) 2001129 (:1 (51) 5 C21D8 12

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Иф

C

Ь

В С (21) 5043571/02 (22) 22 05.92 (46) 15.10.93 Бюл. Йя 37-38 (71) ИнтерМикро, Ltd (72) Улановский Ф.Б.; Викторов ВП; Фрид П.Я:, Смакович Ю.М. (73) ИнтерМикро, ltd (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ТЕРМОБИМЕТАЛЛОВ В ФОРМЕ

СФЕРИЧЕСКИХ ДИСКОВ (57) Изобретение относится к металлургии, к способам изготовления термоэлементов, используемых в электронике и приборостроении Сущность изобретения: полученные из биметаллической ленты диски подвергают стабилизирующей термообработке в два этапа при †1 +500 С с температурным градиентом 450 — 480 С, а формовку и контрформовку сферы ведут обкаткой поверхности диска со стороны пассивного слоя сферическим инструментом по траектории, соответствующей кривой четвертого порядка, точка перегиба которой совмещена с центром диска, с последующим принудительным срабатыванием диска 10 — 30 раз. 2 п.ф-лы, 2 табл.

20()1129

Изобре1ение о1носится к металлургии, в час)ности к способам изготовления герл1оэлементов из термобиметяллон для приборов контроля и регулирования температуры, используемых в электротехнике и приборостроении.

Извегтен способ изготовления термоэлеме щ уиз, -термобиметалля. включающий получение бтиметаллической ленты, ее прокатку с последующей стабилизирующей термообработкой.

Недостатком укаэанного способа является нестабильность работы термоэлемента во времени (изменение нулевого положения из-за релаксации напряжений), я также значительный разброс температуры срабатывания (+5-10) С, Этот недостаток вызван тем, что термобиметаллические ленты, из KQTopt lx изготавливают термоэлементы, в том числе и в форме сферического диска, получены при, значительной степени де формации 40-60 .

В связи с этим наклепанный металл ленты имеет волокнистую структуру с текстурой деформации, соответственно имеет анизотропию термочувствительности по направлениям вдоль и поперек оси прокатки (долевые и поперечные свойства).

Этот недостаток некоторым образом устраняется в известном техническом решении, принятом за прототип. Известный способ получения термоэлементов в форме сферических дисков включает получение биметаллической ленты, вырубку дисков, формовку и контрформовку сферы диска с последующей стабилизирующей термообработкой диска. Формовку сферы диска в известном способе осуществляют гидравлическим усилием через мягкую резину толщиной 5-6 мм, а термообработкя включает старение (3-4-кратный отжиг) и нагрев до предельных температур для данных составляющих ленты с выдержкой в течении 1 ч.

Однако данный способ получения термоэлементов не обеспечивает достижение температурно-временной стабильности, что влияет на качество и надежность приборов, использующих данные термоэлементы.

Целью изобретения является повышение качества и надежности путе л повышения температуро-времен ной стабильности, термочувствительности и временных характеристик термоэлементов.

Цель достигается за счет того, что в способе изг отовления тер лоэлемен тол в форме сферического диска. вклю t;ttolitet получениЕ биметалличесKolt ленты Pt-tl убку д!1c ков. стабилизирующую Tig)ttltfч,.скую обработку с последчюгчек1 формовой и конт pформовлой сфе)нл ди(v, г с it -з tlo

55 изобреTPttl1to TPpìè÷Ðñêt/to обработку дисков проводят в два этапа, первыи из которых ведут при охлаждении диска до -100...+20" С, я второй — при его нагреве до 50-500"С, причел1 суммарный градиент температур обоих этапов составляет 450- 180 С, я формовку и контформовку сферы проводят обкаткой поверхности диска сферическим инструментом со стороны пассивного слоя по траектории, соответствующей кривой четвертого порядка, точка перегиба которой совмещена с центром диска, с последующим принудительным срабатыванием сферического диска 10-30 ряз при нагреве до

391)-410 С и последую)цем охлаждением до

-7...-3 С; кроме того, после формовки и контрформовки сферы диска дополнительно дефор)лируют центр диска со степенью деформации 20-50)ь в направлении активного слоя.

Пример. Из биметаллической ленты толщиной до 0,3 мм с составляющими активный слой сплавами типа 75 ГНД, 20 НГ, 24

HX и пассивный слой сплавами типа 36 Н, 42 Н, 36 HXT О штампом вырубают диски диаметром 8-30 мм. Диски подвергают стабилизирующему отжигу, для чего их свободно размещают на поддонах и помещают в печь. Свободное размещение дисков (беэ зажимов и штабелирования) направлено на исключение дополнительных остаточных напряжений в слоях металла. В печи диски нагревают. Стабилизирующая термическая обработка дисков в два этапа позволяет Hp. потерять имеющиеся упругие свойства биметалла и сделать его еще более упругим (cJp,pp,- = 35 кг/см ). Так, в зависимости от г температуры срабатывания прибора, где используется гермоэлемент, выбирают температуру охлаждения и нагрева дисков.

Термообработка в два этапа принята для того, чтобы снять внутренние напряжения материала. На первом этапе при охлаждении биметалла его дислокационная структура приходит в неравновесное состояние. Температура охлаждения зависит от упругости сплавов, составляющих термобиметалл. Максимальная глубина охлаждения составляет - 100 С и обычно предназначена для сплавов типа 75 ГНД/36Н, 75 ГНД/42Н, 75 ГНД/45HX. Их рабочая температура срабатывания составляет 350-380"C. Muttuл1альная глубина охлаждения диска на первом этапе термообряботки составляет

20 С и предназна ена для гплявов 42

НТ)О/36НXTЮ.

Нагрев дисков пр вг рол1:.гяче термообрябо ки влдут 1о 50 . I) (1) 11 вь!держки дискг1в ttplt указ 1 tt к г."t- ..If .pàòópàõ

2001129 составляет 1-2 мин, т.е. незначительно. Оно определяется тем, что диски имеют небольшой обьем (диаметр 30 мм), а все структурные превращения успевают проходит за время достижения необходимых темпера- 5 тур в печи.

Разница между температурой охлаждения и нагрева при обоих этапах термообработки составляет 450-480 С. При задании градиента температур менее 450 С не сни- 10 маются внутренние напряжение, возникающие в ленте термобиметалла, поставляемой с нагартовкой 40-60 (ГОСТ 10533-86). Создание градиента температур более 480 С не приводит к заметному улучшению темпе- 15 ратурно-временной стабильности термоэлементов, т.е. не влияет на их качество.

Примеры выбора параметров термообработки приведены в табл.1

Холодные диски подвергают формовке 20 и контрформовке сферы. Эта операция осуществляется обкатным инструментом со сферической поверхностью, Траектория движения инструмента представляет кривую четвертого порядка с расположением 25 точки перегиба в центре диска.

На практике данная кривая представляет собой лемнискату или кардиоиду. Обкатку производят со стороны пассивного слоя, имеющего наиболее низкие упругие свойст- 30 ва, для того, чтобы наклепать его поверхность и выровнять упругие характеристики активного и пассивного слоев, Выбранная траектория движения инструмента разрушает текстуру, образованную при прокатке 35 ленты, и приводит к хаотичной ориентировке кристаллов, В то же время выводит концентратор напряжений в центр диска.

Создание направленного напряжения в центре диска обеспечивает ориентирован- 40 ный стабильный ход сферического термоэлемента в направлении, перпендикулярном плоскости сферы.

Принудительное срабатывание диска осуществляют попеременным помещением 45

его в нагревательную печь с температурой

380-420 С и в холодильную камеру до момента срабатывания диска. Многократное, 10-30 раз, срабатывание диска в свободном

50 состоянии предупреждает возникновение деформационно-термических напряжений, При срабатывании диска менее 10 раэ в нем успевают произойти релаксационные процессы, ведущие к снятию пиковых напряжений по сечению дисков. Не успевает образоваться устойчивая субструктура. При срабатывании диска 10-30 раз, обеспеченном стабилизационной термообработкой дисков в диапазоне -100„.-500 С происходит образование устойчивой дислокационной структуры. вызванной стабилизирующей полигонизацией. Увеличение"количества срабатывания дисков более 30 раз не вызывает дальнейшего улучшения работы термоэлемента и увеличивает время его изготовления.

Создание еще большего напряжения в центре диска путем его деформации в направлении активного слоя со степенью деформации 20-50 приводит к возникновению в центре диска выпуклости малого диаметра, порядка 1 мм. Данная деформация расширяет диапазон использования термоэлемента от -200 до -550 С.

Данные опытного опробования термоэлементов приведены в табл.2.

Как видно из приведенных данных лучшие результаты показывают примеры 3-5, соответствующие параметрам и редложенного спОсоба. Данные примеры свидетельствуют, что в термоэлементах значительно снижается допуск на термочувствительность и разброс температуры срабатывания. По получении стабильной структуры свидетельствует максимальный прирост прецизионного предела упругости

Лao, = 30-35 .

Экономическая эффективность заявленного технического решения определяется повышением качества и риборов, использующих данные термоэлементы. (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 1074909, кл. С 21 D 8/12, 1984.

2. Приборы контроля и регулирования температуры с термобиметаллическим диском. - М.: 1982, с.60-65.

2001129

Таблица 1

Таблица 2

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ

ИЗ ТЕРМОБИМЕТАЛЛОВ В ФОРМЕ СФЕРИЧЕСКИХ дисков, включающий получение биметаллической ленты, вырубку дисков, стабилизирующую термическую обработку, формовку и контрформовку сферы диска. отличающийся тем, что, с целью повышения качества и надежности путем повышения, температурно-временной стабильности, термочувствительных и временных характеристик термоэлементов, стабилизирующую термическую обработку дисков проводят в два этапа, первый иэ которых ведут при охлаждении диска до 100 ... 20 С, а второй - при его нагреве до 50 ...

500 С, причем суммарный градиент температур обоих этапов составляет 450 - 480 С, а формовку и контрформовку сферы проводят обкаткой поверхности диска сферическим инструментом со стороны пассивного слоя по траектории, соответствующей кривой четвертого порядка, точка перегиба которой совмещена с центром диска, с последующим принудительным срабатыванием диска в количестве 10 — 30 раз при

его нагреве до 390 - 410 С и последующим охлаждении до -7 ... -3 С, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что. с целью расширения диапазона их использования и улучшения точности срабатывания при -200 ... +550 С, после формовки и контрформовки сферы центр диска дополнительно деформируют со степенью деформации 20 — 50;ь в нэпрэвлении активного слоя.