热双金属资料

热双金属在低压电器的设计应用及常见问题分析佛山精密电工合金有限公司2008.03霍志文ISO9001/ISO14001热双金属的定义受热复合三层复合受热ISO9001/ISO14001热双金属是由两种或两种以上不同膨胀系数的金属或合金沿整个接触面牢固复合在一起组成的，具有随温度变化而发生形状变化的复合功能材料。热双金属的组元合金ISO9001/ISO14001高膨胀层（HES）膨胀系数较高的一层组元合金低膨胀层（LES）膨胀系数较低的一层组元合金中间层（MID)夹在主动层和被动层之间材料热双金属的主动层合金热双金属的主动层合金要求膨胀系数大，熔点高，复合性好，弹性模量与被动层合金相差不大。可作为主动层材料的合金很多，有铁镍铬、铁锰镍、锰铜镍、纯镍、纯铁、黄铜、青铜及不锈钢等。常用的主动层合金一般包括Mn72Cu18Ni10、Ni22Cr3、Ni20Mn6、Ni18Cr11、Ni19Cr2和Ni25Cr8等高膨胀合金。ISO9001/ISO14001热双金属的主动层合金1517192123252729313393℃149℃260℃371℃膨胀系数Mn72Cu18Ni10Ni22Cr3Ni20Mn6Ni18Cr11Ni19Cr2膨胀系数特性主动层合金的膨胀系数随温度变化关系图ISO9001/ISO14001热双金属的被动层合金热双金属的被动层合金一般都是膨胀系数很低的镍铁合金。在1896年科学家Guillaume发明了因瓦合金，在室温下，其膨胀系数非常低，仅约1.2×10-6/℃，为热双金属的开发打下了基础。常用的被动层合金一般包括Ni36Fe、Ni39Fe、Ni40Fe、Ni42Fe、Ni45Fe和Ni50Fe等低膨胀合金或定膨胀合金。ISO9001/ISO14001热双金属的被动层合金因瓦合金（INVAR)024681012142030405060708090镍含量,%膨胀系数,ppm/℃镍的含量对铁镍合金的膨胀系数影响很大ISO9001/ISO14001热双金属的被动层合金膨胀系数特性因瓦合金的膨胀系数随温度变化很大定膨胀合金的膨胀系数基本不变02468101293℃149℃260℃371℃温度膨胀系数,ppm/℃Ni50Ni45Ni42Ni40Ni39Ni36ISO9001/ISO14001热双金属的中间层合金为了得到不同电阻率的热双金属，通常在主、被动层之间加入电阻率很低的金属材料，这些材料一般包括纯镍、纯铜（紫铜、无氧铜）和锆铜等，主要控制热双金属的电阻率。ISO9001/ISO14001热双金属的分类ISO9001/ISO14001按使用温度特性分：高温型如FPA223-70、FPA206-70、FPA258-70、FPA206-9等中温型如FPA721-110、FPA223-80、FPA206-78等热双金属的分类ISO9001/ISO14001按热敏感特性分：高敏感型(温曲率在30×10－6/℃以上）如：FPA721系列中敏感型(温曲率在15~30×10－6/℃范围）如：FPA206系列、FPA223系列等低敏感型(温曲率在15×10－6/℃以下）如：FPA982-2、FPA258－60等热双金属的分类ISO9001/ISO14001按电阻特性分：电阻型高灵敏721电阻系列如：FPA721－5、FPA721－8中灵敏223电阻系列如：FPA223－25、FPA223－35中灵敏206电阻系列如：FPA206－11、FPA206－9非电阻型如：FPA206－78、FPA223－80等热双金属的牌号目前对热双金属的牌号并没有一个统一的编号规则，各国和各生产厂家都有自己的牌号编制方法。美国ASTMB388：2006《热双金属带材》牌号TM1、TM2、……、TM36热双金属代号ThermostatMetal流水号ISO9001/ISO14001热双金属的牌号TB20110热双金属代号ThermostatBimetal比弯曲的整数值(×10-6/℃）电阻率整数值(μΩ·cm)ISO9001/ISO14001德国DIN1715：83《热双金属》牌号示例：热双金属的牌号FPA721-110佛山精密热双金属的代号主动层代号电阻率整数值(μΩ·cm)ISO9001/ISO14001佛山精密电工合金有限公司（FEPAC)热双金属牌号示例：热双金属的标记公司牌号蚀印标记佛山精密FEPACFPA721-110FPA721-110法国IMPHY108SPMY108SP/IUP108SP德国AUERHAMMERTB208/110AMWTB208/110美国EMS（TI)P675RTRUFLEXP675R美国PMC721-675PMC721-675ISO9001/ISO14001公司牌号及蚀印标记示例：热双金属的标记ISO9001/ISO14001公司牌号及蚀印标记示例：带有公司标记没有公司标记热双金属的性能指标序号指标名称1线性温度范围(maximumsensitivityrange)2最高使用温度(maximumrecommendedtemperature)温曲率(flexivity/specificcurvature)比弯曲(specificdeflection)4电阻率(electricalresistivity)5弹性模量(modulusofelasticity)6比热（specificheat)7密度(density)8硬度(hardness)9热导率(thermalconductivity)10应力极限(maximumadmissiblestress)3ISO9001/ISO14001热双金属的性能指标ISO9001/ISO14001由于热双金属组元合金的膨胀系数与温度变化的关系并不呈线性变化，热双金属的弯曲位移随着温度的升高并不呈线性增加，但在一定温度范围内，热双金属的实际位移与用温曲率指标算出的位移相比，变化不超过±5％，在这个范围内热双金属的弯曲变化基本上是线性的，我们称这个温度范围为线性温度范围。1.线性温度范围热双金属的性能指标线性温度范围示意图ISO9001/ISO14001热双金属的性能指标2.可用温度范围ISO9001/ISO14001该温度范围比线性温度范围大一些，在该温度范围内，自由变形的热双金属不发生残余变形。在超出线性温度范围的允许使用温度范围内，由于热双金属组元材料膨胀系数发生较大的变化，热双金属的热敏感性降低，但仍然可以使用。该温度一般低于材料的居里温度，由于达到居里温度时，材料的结构发生变化，性能也产生变化。热双金属的性能指标3.最高使用温度ISO9001/ISO14001热双金属发生再结晶的温度。在超过该温度使用时，热双金属组元合金的晶粒将发生再结晶转变，并开始软化，热双金属将不能正常使用。热双金属的性能指标4.热敏感性指标ISO9001/ISO14001热双金属的热敏感性能有三种表示方法：温曲率比弯曲弯曲常数热双金属的性能指标温曲率（F，FlexivityorSpecificCurvature）ISO9001/ISO14001温曲率（F）是单位厚度的热双金属片，每变化单位温度时其纵向中心线的曲率变化。当热双金属片的厚度大于等于0.3mm时，温曲率的测量方法采用简支梁法。小于0.3mm时采用平螺旋法测量。温曲率是热双金属的一个关键指标。热双金属的性能指标简支梁法测量温曲率的测量示意图ISO9001/ISO14001热双金属的性能指标温曲率（F）计算公式：21121222221244448DDLDDDLDTTFISO9001/ISO14001δ——试样厚度，单位为毫米（mm）；D1、D2——温度为T1和T2时的试样两支点间中点位置的垂直位移，单位为毫米（mm）；L——试样测量长度(两支点间的长度)，单位为毫米（mm）；T1、T2——测量初始、终了温度，单位为摄氏度（℃）；热双金属的性能指标比弯曲(K，SpecificDeflection)ISO9001/ISO14001比弯曲(K)是一端固定的单位厚度和单位长度的热双金属片，当温度变化1℃时，其自由端的挠度变化。比弯曲采用悬臂梁法测量。热双金属的性能指标比弯曲测量示意图ISO9001/ISO14001热双金属的性能指标比弯曲(K)计算公式：121211212112)()(ffLfffffLffTTKISO9001/ISO14001δ——试样厚度，单位为毫米（mm）；f1——温度为T1时的挠度，单位为毫米（mm）；L——试样测量长度，单位为毫米（mm）；T1、T2——测量初始、终了温度，单位为摄氏度（℃）；Δf——测量温度为T2和T1时试样的挠度差，单位为毫米（mm）热双金属的性能指标温曲率和比弯曲的差异ISO9001/ISO14001由于比弯曲在测量时一端固定，其测量过程受其固定端的夹持力和夹持方式影响，测量数据的重复性和复现性不是很好，而温曲率采用几乎无约束的测量方式，其测量的重复性和复现性（GR&R)都比较好。目前大部分国家的标准和行业标准及公司标准都采用温曲率指标作为热双金属的热敏感性考核指标，以比弯曲作为参考指标。热双金属的性能指标5.电阻率ISO9001/ISO14001电阻率是热双金属的一个重要指标，当热双金属不直接通电加热时，电阻率的影响较小。但是当热双金属直接通电加热时，电阻率是一个非常重要的指标，发热量与电阻率成正比，这将直接影响热双金属的动作特性，也影响到可通电流的大小。电阻率是选择电流等级的一个重要指标。热双金属的性能指标6.弹性模量ISO9001/ISO14001弹性模量是指在热双金属弹性极限内，其应力与相应的应变之比。热双金属一个重要指标之一，在计算热双金属的热力时需要用到弹性模量。弹性模量由材料的成份和变形量所确定。热双金属的性能指标7.最大负荷应力ISO9001/ISO14001最大负荷应力是指热双金属在使用时，不产生残余变形和永久变形的最大负荷应力。在室温到200℃范围内大部分热双金属材料的最大负荷应力约为200N/mm2。热双金属的最大负荷应力随温度的升高而降低，在使用时需要引起注意。热双金属的性能指标8.其它指标ISO9001/ISO14001硬度比热热导率密度热双金属的应用设计一个热双金属元件，需考虑以下因素：1、元件承受的电流等级；2、工作温度；3、元件将经受的最高温度；4、位移或力的要求，或两者的结合；5、空间限制；6、工作条件等。ISO9001/ISO14001热双金属的应用热双金属牌号和规格的确定ISO9001/ISO140011.根据使用温度确定热双金属的温度类型中温型、高温型2.根据动作空间、动作位移、电流等级、脱扣力等因素通过计算确定热双金属的牌号、规格和形状。高灵敏型、中灵敏型、低灵敏型3.根据计算的结果进行装机验证确认。热双金属的应用根据使用温度选择热双金属类型ISO9001/ISO14001使用温度是热双金属动作的温度范围。使用温度和使用温度上限最好在热双金属的线性温度范围内，以保证热双金属元件动作的线性。当使用温度超过了热双金属的可用（有效）温度范围时，热双金属元件将产生残余变形，导致工作特性发生变化。热双金属的应用高温型的热双金属牌号ISO9001/ISO14001牌号线性温度范围可用温度范围FPA181-7090~320℃－70~480℃FPA192-7090~320℃－70~480℃FPA223-7090~320℃－70~540℃FPA258-60150~430℃－70~540℃FPA258-70120~370℃－70~540℃FPA258-7590~320℃－70~540℃FPA206-70－20~380℃－70~450℃FPA206-9－20~380℃－70~380℃FPA206-10－20~325℃－20~350℃热双金属的应用热双金属牌号和规格的确定ISO9001/ISO140012.根据动作空间、动作位移、电流等级、脱扣力等因素通过