低膨脹合金

1896年法國物理學家C.E.Guialme發現了一種奇妙的合金，這種合金在磁性溫度即居里點附近熱膨脹係數顯著減少，出現所謂反常熱膨脹現象（負反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度範圍內，獲得很小的甚至接近零的膨脹係數，這種合金，稱為低膨脹合金。

這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心裡方結構，其牌號為4J36，它的中文名字叫殷鋼，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是體積不變又名不膨脹鋼。

基本介紹

• 中文名：低膨脹合金
• 外文名：low expansion alloy
• 主要成分：NI36%,FE64%
• 膨脹係數：α(20~100℃)<1.8×10-6℃-1
• 又名：因瓦合金

簡介

在因瓦合金問世的一百多年以來，取其低膨脹係數低這一特徵的套用領域迅速擴大，用因瓦合金製造的精密儀器儀表、標準鐘的擺桿、擺輪及鐘錶的遊絲成為早期最重要的產品，在上世紀20年代用因瓦合金代替鉑用作於玻璃封接的引絲，大大的降低了成本；到了五、六十年代，因瓦合金的用途繼續擴大，主要用於無線電電子管、恆溫器中作控溫用的熱雙金屬片、長度標尺、大地測量基線尺等；到了八九十年代，廣泛用於微波技術、液態氣體儲容器、彩電的陰罩鋼帶、架空輸電線芯材、湝振腔、雷射準直儀腔體、三步重複光刻相機基板等。進入21世紀之後，隨著航天技術的飛速發展，新的套用還包括用在航天遙感器、精密雷射、光學測量系統和波導管中作結構件、顯微鏡、天文望遠鏡中巨大透鏡的支撐系統和需要安裝透鏡的各種各樣科學儀器中。
總之，隨著因瓦合金不斷套用於人造衛星、雷射、環形雷射陀螺儀和其他先進的高科技產品，有力地表明這些古老的材料正在幫助現代科學向更高水平邁進。

性能

1．膨脹係數小
因瓦合金也叫不脹鋼，其平均膨脹係數一般為1.5×10℃，含鎳在36%是達到0.877×10℃，且在室溫－80℃~100℃時均不發生變化。
2．強度、硬度不高
因瓦合金含碳量小於0.05%，硬度和強度不高，抗拉強度在517Mpa左右，屈服強度在276Mpa左右，維氏硬度在160左右，一般可以通過冷變形來提高強度，在強度提高的同時仍具有良好的塑性。
3．導熱係數低
因瓦合金的導熱係數為0.026～0.032cal/cm·sec·℃ ， 僅為45鋼導熱係數的1/3-1/4。
4．塑性、韌性高
因瓦合金的延伸率和斷面收縮率以及衝擊韌性都很高，延伸率 δ= 25-35%，衝擊韌性αK=18-33公斤 米/厘米2。
5．其它性能

類別

合金	α /(10－6 ℃-1)	TC或TN /℃	備註
Fe-36Ni	≤1.8	232	因瓦合金
Fe-32Ni-4Co	≤1.0	230	超因瓦合金
Fe-52Co-11Cr	≤1.0	117	不銹因瓦合金
Fe-36Ni-0.2Se	≤1.5	-	易切削低膨脹合金
Fe-33Ni-7.5Co	≤2.0	-	高溫低膨脹合金(20~300℃)
Fe-25Pt	-30	80	鐵-鉑合金
Fe-35Pd	0.0	340	鐵-鈀合金
Fe-(28~32)Ni-(5.5~10)Pd	0.5	300	鐵-鎳-鈀合金(20~200℃)
Pd-35.5Mn	1.5	-	錳-鈀合金
Fe-94Cr-0.5Mn	約0.0	約50 (TN)	無磁因瓦合金

加工性能

由於因瓦合金含鎳較高，提高了鋼的淬透性和可淬性，提高了鋼的耐氣性，耐蝕性和耐磨性。 通過因瓦合金的化學成分、金相組織及機械、物理性能分析可知，因瓦合金的切削加工性與奧氏體不鏽鋼類似，但比奧氏體不鏽鋼還要難加工，故因瓦合金在加工中主要具有切削力大、切削溫度高、刀具磨損快等特點，因而因瓦合金在加工過程中，出現軟、粘和很大的塑性，切屑不易折斷，增加了切屑和前到面的摩擦，加劇了刀具的磨損，這樣不僅降低了刀具的耐用度，而且降低了工件的加工精度，因而在加工因瓦合金加工時，必須採用高性能的硬質合金塗層刀具和新的加工方法，才能使切削加工順利進行，只要方法得當，就可使難加工的因瓦合金變得很容易加工。

用途

低膨脹合金大都套用於在一定的環境溫度要求尺寸近似恆定的元器件中。主要有：(1)精密儀器儀表，光學儀器中的元件，如精密天平的臂，標準件的擺桿，擺輪，鐘錶的外補償等；(2)長度標尺。大地測量基線尺；(3)各種諧振腔，微波通訊的波導管，標準頻率發生器等；(4)標準電容器的葉片和支承桿等；(5)液態天然氣，液態氫，液態氧等的儲蓄罐和運輸管道；(6)熱雙金屬片的被動層；(7)高解析度陰極射線管(顯象管)中的陰罩；(8)宇航工業複合材料零件的模子；(9)用於人造衛星，雷射，環形雷射陀螺儀及其他先進的高科技產品。