Биметаллический прокат

Биметалл – уникальный композитный материал из слоев   двух разных металлов и/или сплавов, прочно соединенных между собой. Биметаллы были созданы в первую очередь для экономии дефицитных и дорогостоящих компонентов, а также для получения материалов с уникальным набором свойств.

Как правило, пары составляют сталь и медь, сталь и алюминий или медь и латунь. Такие комбинации составляющих обеспечивают ряд ценных качеств полученного биметалла. К наиболее примечательным относятся:

• дифференциальное тепловое расширение. Степень изгиба и кривизны зависит от разницы теплового расширения компонентов биметалла при воздействии изменений температуры. Дифференциальное тепловое расширение является особенно ценным свойством многих биметаллов, используемым для контроля или реагирования на изменения температуры.;

• электропроводность;

• сочетание коррозионной стойкости, которую обеспечивает наплавленный слой, и высоких механических свойств основного слоя;

• износостойкость и долговечность;

• экономическая эффективность.

Пары в биметаллах

К наиболее распространенным относятся сочетания:

• биметалл сталь-медь. Медь при нагревании расширяется значительно больше, чем сталь. Часто используется в устройствах контроля температуры из-за значительной разницы в скоростях теплового расширения двух металлов;

• биметалл сталь-алюминий. Алюминий имеет более высокий коэффициент теплового расширения, чем сталь. Пара обычно применяется в тех случаях, когда требуется легкий материал с хорошей термочувствительностью, например, в некоторых электрических компонентах;

• биметалл медь-латунь. Оба компонента обладают хорошей теплопроводностью, но разной скоростью расширения. Используется в прецизионных устройствах измерения температуры;

• биметалл никель-железо. Имеют разные скорости расширения, железо при нагревании расширяется больше, чем никель. Используется в устройствах безопасности, таких как автоматические выключатели и пожарная сигнализация, из-за их предсказуемого изгиба при изменении температуры;

• биметалл нержавеющая сталь и медь. Высокое тепловое расширение меди контрастирует с более низкой степенью расширения нержавеющей стали. Идеально подходит для применений, требующих коррозионной стойкости в сочетании с дифференциальным тепловым расширением, например, в некоторых типах термостатов;

• биметалл инвар-сталь. Инвар – сплав железа и никеля – имеет очень низкий коэффициент теплового расширения, в отличие от стали. Эта комбинация особенно полезна в прецизионных приборах и термостатах, где требуется минимальное тепловое расширение.

Выбранные металлы должны быть совместимы с точки зрения теплового расширения, коррозионной стойкости и способности к склеиванию.

Способы соединения компонентов биметаллов

Объединение различных металлов для создания биметаллов включает в себя специальные процессы, обеспечивающие прочную и долговечную связь между двумя материалами. Эти методы должны учитывать различные физические и химические свойства используемых металлов. Вот наиболее распространенные методы соединения металлов в биметаллы:

Плакировка

Предполагает покрытие одного металла другим. Этого можно достичь с помощью различных методов, таких как:

• прокатка (валковое соединение). Представляет собой пропускание двух слоев металлов через пару плоских валиков для склеивания под высоким давлением.

• сварка взрывом. Соединение металлов друг с другом вследствие соударения и плавления под воздействием взрыва на границе раздела.

• нанесение слоя одного металла на поверхность другого методов сварки.

Экструзия (соэкструзия)

Металлы соединяются путем пропускания через матрицу под высоким давлением. Этот метод особенно эффективен для создания длинных биметаллических полос или проволок. Используется при производстве биметаллических стержней или трубок, где один металл образует сердцевину, а другой – внешний слой.

Гальваническое покрытие

Предполагает использование электрического тока для нанесения тонкого слоя одного металла на поверхность другого. Обычно используется для покрытия менее дорогого металла более устойчивым к коррозии или эстетически привлекательным металлом.

Пайка

Метод соединения, при котором присадочный металл плавится между двумя слоями, соединяя металлы по мере охлаждения и затвердевания. Подходит для создания биметаллических соединений, где высокая прочность не является основным требованием.

Покрытие горячим погружением

Один металл (обычно сталь) погружают в ванну с расплавленным другим металлом (например, цинком) для создания покрытия. Используется для повышения коррозионной стойкости стали.

Инкрустация и наложение

Механическая вставка полосы одного металла в канавку в другом металле или наложение одного металла на другой с последующим соединением их посредством прокатки или термообработки. Применяется для получения композитного материал, используемого при изготовлении компонентов для высокоточных приложений, например, электрических контактов и режущих инструментов.

Применение биметаллов

Двухкомпонентные металлические пластины высоко востребованы в приложениях:

• производство термостатов и контроллеров. При изменении температуры изгиб биметаллической полосы разрывает или замыкает электрическую цепь, включая или выключая нагревательные или охлаждающие устройства;

• изготовление автоматических выключателей, в которых биметаллы действуют как средство разрыва цепи при прохождении через нее чрезмерного тока, предотвращая перегрев;

• производство тепловых реле перегрузки для защиты электродвигателей посредством разрыва цепи при их перегреве;

• промышленное производстве инструментов и штампов, где могут быть полезны различные скорости расширения;

• производство бытовой техники, где требуется регулировка температуры (утюги, духовки и холодильники).