NI-SPAN-C Legierung 902 (N09902) ist eine Fe-Ni-Legierung mit kontrollierbarem thermoelastischen Koeffizienten. Der gewünschte thermoelastische Koeffizient wird dann durch Kaltverformung und entsprechende Wärmebehandlung erhalten. Die Kaltverarbeitung erzeugt innere Dehnungen, die den Koeffizienten negativ machen. Eine Wärmebehandlung im unteren Temperaturbereich kann eine Entlastung der Dehnung ermöglichen. Sie verursachen auch komplexe Ordnungsphänomene, die den Koeffizienten positiver machen. Die Erwärmung bei Temperaturen oberhalb von etwa 900°F führt zur Ausfällung intermetallischer Verbindungen von Titan und Nickel, entfernt das Nickel aus der Matrix und verschiebt den Koeffizienten weiter in die positive Richtung.
Thermoelastischer Koeffizient
Der thermoelastische Koeffizient (TEC) einer Legierung ist die Änderungsrate ihres Elastizitätsmoduls mit der Temperatur. Es wird normalerweise als Millionstel pro Grad Fahrenheit ausgedrückt (z. B. 5 x 10-6/Grad Fahrenheit).
Die erste Messung der TEC der NI-SPAN-C Legierung 902 wurde mit einem Torsionspendel durchgeführt, das mit etwa einem Zyklus pro Sekunde arbeitet. Diese Tests bilden die Grundlage für einen Großteil der veröffentlichten Daten für diese Legierung. Als diese Daten jedoch zum Entwurf von Hochfrequenzgeräten verwendet wurden, stellte sich heraus, dass sie falsche Ergebnisse lieferten und Verwirrung auftrat.
Jüngste Arbeiten befassen sich mit dem Problem widersprüchlicher Ergebnisse. Es wurde festgestellt, dass die Betriebsfrequenz einen signifikanten Einfluss auf die TEC hat. Tests bei Special Metals haben gezeigt, dass die TEC einer gegebenen Probe mit zunehmender Prüffrequenz bis zu ca. 800 cps ansteigt. Bei 800 cps gibt es keinen Frequenzeffekt. Proben aus derselben Materialwärme wurden bei ca. 1500 cps und in einem anderen Labor in
455.000 cps, was das gleiche Ergebnis ergibt. Burnette vom National Bureau of Standards der Vereinigten Staaten fand heraus, dass eine Wärmebehandlung, die bei einem Torsionspendel von 1 cps getesteten Proben eine TEC von +40 erzeugte, bei einer freien Vibration von 1000 cps getesteten Proben erzeugte. Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung dieser Daten und der Häufigkeitseffekte.
Aufgrund des Frequenzeffekts ist es notwendig, zwei Anwendungsbereiche der NI-SPAN-C Legierung 902 abzubilden, die jeweils eine unterschiedliche Behandlung erfordern, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Das sind:
1. Niederfrequenzgeräte. Dazu gehören Federn, Bourdon-Schläuche, aneroide Kapseln und dergleichen.
2. Hochfrequenzgeräte. In diese Kategorie fallen Stimmgabeln, Vibrationsblätter, mechanische Filter und ähnliche Instrumente.
Physikalische Eigenschaften
Dichte: 8,05 g/cm3
Curie-Temperatur: 190°C
Spezifischer Widerstand: 1,02 µΩ•m
Die Kaltverarbeitung führt zu einer Erhöhung des Moduls. Eine Erhöhung der Wärmebehandlungstemperatur führt auch zu einer Erhöhung.
Obwohl die Legierung für den Einsatz über -50°F konzipiert ist, wurde sie erfolgreich bei niedrigeren Temperaturen eingesetzt, und einige kryogene Daten wurden
Veröffentlicht. Die Legierung weist ein geringes Dämpfungsvermögen auf (hohe Q). Das kaltverformte Material hat einen Q von etwa 8000 gemeldet, was etwa viermal höher ist als der Wert der geglühten Form.