Bimetale: Definicija svojstva i primjene

Bimetali definiraju se kao predmeti sastavljeni od dva različita metala spojenih zajedno metalurgijskim procesom. Na suprotnosti od legura, koje su mješavine dva ili više metala, bimetali sastoje se od slojeva različitih metala koji zadržavaju svoja pojedinačna svojstva. Bimetale također se mogu nazivati bimetalni proizvodi ili dvokomponentni materijali.

Bimetali karakteriziraju se dvama različitim metalnim zonama roditeljskih metala, koji mehanički i električki funkcioniraju kao jedinica. Prednost bimetala je u mogućnosti potpune uporabe najboljih svojstava svakog metala unutar jednog produkta. Na primjer, bimetali mogu kombinirati čvrstoću jednog metala s otpornosti na korozi drugog, ili provodljivost jednog metala s ekonomičnošću drugog.

Bimetali široko se koriste u različitim industrijskim područjima i aplikacijama, poput električnih vodilaca, električnih kontakata, termostatova, termometara, zaštitnih uređaja, satova, novčića, konzervi, ljestava i više. U ovom članku istražit ćemo princip rada, uobičajene kombinacije i glavne primjene bimetala.

Kako rade bimetali?

Princip rada bimetala temelji se na činjenici da različiti metali imaju različite koeficijente linearnog toplinskog proširenja (αL), što znači da se proširuju ili skupljaju na različite brzine kada se zagrijavaju ili hladnjaju. Koeficijent linearnog toplinskog proširenja definira se kao frakcijska promjena duljine po stupnju promjene temperature.

gdje je,

l početna duljina objekta,

Δl promjena u duljini,

Δt promjena temperature,

Jedinica za αL je po °C.

Bimetali sastoje se od dva traka dva različita metala s različitim koeficijentima linearnog toplinskog proširenja, spajenih duž dužine. Bimetali pri normalnoj temperaturi prikazani su na slici ispod.

Kada se zagrije, proširenja u duljinama obojih metalnih traka su različita. To uzrokuje savijanje bimetalnog elementa i formiranje lukove na način da se metal s većim koeficijentom linearnog toplinskog proširenja nalazi na vanjskoj strani luka, a metal s manjim koeficijentom linearnog toplinskog proširenja nalazi se na unutrašnjoj strani luka, kako je prikazano na slici ispod.

Kada se ohladi, bimetalni element se savija i formira luk na način da se metal s manjim koeficijentom linearnog toplinskog proširenja nalazi na vanjskoj strani luka, a metal s većim koeficijentom linearnog toplinskog proširenja nalazi se na unutrašnjoj strani luka, kako je prikazano na slici ispod.

Ovaj fenomen može se koristiti za proizvodnju korisnog uređaja za otkrivanje i mjerenje promjena temperature.

Koji su neki uobičajeni kombinacije za izradu bimetala?

Mnoge kombinacije metala s različitim koeficijentima linearnog toplinskog proširenja mogu se koristiti za formiranje bimetala. Neke od često korištenih kombinacija za izradu bimetalnih traka navedene su u nastavku:

• Željezo (visok αL) i nikl (niski αL)

• Messing (visok αL) i čelik (niski αL)

• Bakar (visok αL) i željezo (niski αL)

• Konstantan (visok αL) i Invar (niski αL)

Koji su neki glavni primjeni bimetala?

Bimetali imaju mnoge primjene u različitim područjima. Neki od njih navedeni su u nastavku:

Termostat

Bimetali su vrlo korisni za izradu termostata za automatsko prekidanje krugova radi kontroliranja temperature određenih uređaja, poput električnih grijalica, električnih željeza, hladnjaka, električnih pećnice itd. U nekim krugovima, struja koja prolazi kroz termostat sam po sebi proizvodi toplinu za njegov rad.

Tipičan bimetalni termostat za tu operaciju prikazan je na slici ispod:

U radu kao termostat, jedan kraj bimetala fiksiran je i povezan s izvorom snage. Drugi kraj slobodan je za pokret. Električni kontakt pridružen je slobodnom kraju bimetala, koji se pomiče s njegovim proširenjem i savijanjem.