invar(因瓦合金)介绍

1.Invar
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因室温附近长度几乎不变，命名为因瓦合金(Invar为Invariability的缩写)。

中文名【】，也可简称为 Invar，即含有%镍的铁合金，中国牌号4J36等。

常温下具有很低的热膨胀系数（-20℃~20℃之间，其平均值约×10-6/℃），号称金属之王，是精密仪器设备不可或缺的结构材料。

1.1.Invar - 发现历史
1896年，瑞士籍法国物理学家纪尧姆（）发现该成分的合金具有的这一特性：在常温下（-80~230℃）内表现出很小的热膨胀系数。

Guilaume 由于该发现也荣获1920年的诺贝尔奖，这是继德国物理学家伦琴（）之后第二个获此殊荣的物理学家，也是冶金专业第一个获此殊荣的科学家。

1.2.Invar - Invar的命名
因为不同语言之间差异等原因，Invar的命名众多，但是比较常用的名称分类如下：
1. 美、英：Invariable Alloy，另外还有Invar36，Invar35，Ni36Fe，Fe-Ni36，NiInvar，Unispan36，Ni1036等；
2. 日：不变钢；
3. 德：Vacodil36 ，另外还有Ni1036等
4. 汉：低，另外还有因瓦合金，殷钢，因钢，不胀钢，铟钢，因瓦，4J36，无膨胀合金等。

目前通行的比较规范的写法是Invar和因瓦。

1.3.Invar - invar的特性
1．热膨胀系数小，常温下平均膨胀系数×10-6/℃，且在室温－80℃~230℃时比较稳定。

2．强度、硬度不高，抗拉强度在590Mpa左右，屈服强度在410Mpa左右，布氏硬度在141HBS左右。

3．导热系数低，为10W/ ，仅为45钢导热系数的1/4左右。

45号钢的导热系数为45 W/
4．塑性、韧性、延伸率、断面收缩率以及冲击韧性都很高，延伸率δ= 30~45%，收缩率δ=50~70%。

冲击韧性αK=130-310 J/cm2。

Invar 不能热处理强化，其特性与奥氏体不锈钢类似，但比奥氏体不锈钢还要难加工。

切削加工中主要表现为切削力大、切削温度高。

在加工过程中，还具有软、粘特性和很大的塑性，不易断屑，加剧刀具的磨损，降低工件的加工精度，因而必须采用高性能刀具。

1.4.Invar - invar的发展及应用前景
Invar的发现引起了各国科学家的重视，使得Invar无论是从种类还是从性能和应用上都得到了极大的提高。

其发展历程：
1. 1927年日本增本量研制出Fe-Ni-Co 系Superinvar ；
2. 1931年增本量又研制了Fe-Ni-Cr 系不锈Invar；
3. 1937年德国发现了Fe-Pt和Fe-Pd 冶金系Invar；
4. 1964年，Invar开始按照工业标准批量生产，成为商用合金材料；
5. 20世纪70年代，美国Inco公司研制出Incoloy903合金，使进入了高温应用领域；
6. 80年代末期，在Invar系列合金的基础上形成了现代低膨胀超合金系列。

作为低膨胀合金，都要求组织稳定性，FeNi36 型Invar在接近-273℃时也能保持稳定的奥氏体状态，因而获得最广泛的应用，其应用领域的扩大同样经历了比较长的过程：
1. 早期主要用于制造精密仪器仪表、标准钟的摆杆、摆轮及钟表的游丝；
2. 在1920年代用Invar代替铂用作于玻璃封接的引丝，显著降低了成本；
3. 到了1950-1960年代，主要用于电子管、控温用的热双金属片、长度标尺、大地测量基线尺等；
4. 到了1980-1990年代，广泛用于微波技术、液化气容器、彩电的荫罩、架空电缆芯材、谐振腔、激光准直仪腔体、光刻机主基板等；
5. 进入21世纪之后，随着航天技术的飞速发展，其应用拓展到航天遥感器、精密激光设备、光学测量系统和波导管结构件、各种显微镜、天文望远镜中大型透镜的支撑系统以及需要安装透镜的各类科学仪器。

2.因瓦合金
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因瓦合金是FeNi36的一种铁镍合金。

因为它的热膨胀系数小而出名。

它应用在要求线度稳定性高的地方，如精密仪表等。

因瓦合金由瑞士科学家查尔斯·爱德华·纪尧姆于1896年发现，由于因瓦合金能改善仪表的性能。

为此，纪尧姆荣获1920年诺贝尔物理奖。

2.1.因瓦合金- 基本信息
定义
因瓦合金（invar，也称为殷钢，改名字原为一商标名），是一种镍铁合金，其成分为镍36%，铁%，碳%，它的热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保持固定长度。

俗名
因瓦合金，也叫做“不变钢”，中文俗称，是一种镍钢合金，是含镍36%的特殊钢，由于其膨胀系数极小，适合做测量元件。

因瓦是法语“Invar”的音译。

发现者
1896年由瑞士物理学家夏尔·爱德华·纪尧姆（C. E. Guillaume）首先发现。

2.2.因瓦合金- 基本性质
因瓦合金属于铁基高镍合金，通常含有32%-36%的镍，还含有少量的S、P、C等元素，其余为60%左右的Fe，由于镍为扩大奥氏体元素，故高镍使奥氏体转为马氏体的相变降至室温以下，－100～－120℃，因而经退火后，因瓦合金在室温及室温以下一定温度范围内，均具有面心晶格结构的奥氏体组织，也是镍溶于γ-Fe中形成的固溶体，因而因瓦合金具有以下性能。

膨胀系数小
因瓦合金也叫不胀钢，其平均膨胀系数一般为×10-6℃，含镍在36%是达到×10-8℃，且在室温－80℃—+100℃时均不发生变化。

强度、硬度不高
因瓦合金含碳量小于%，硬度和强度不高，抗拉强度在517Mpa左右，屈服强度276Mpa左右，维氏硬度在160左右，一般可以通过冷变形来提高强度，在强度提高的同时仍具有良好的塑性。

导热系数低
因瓦合金的导热系数为～cm·sec·℃，仅为45钢导热系数的1/3-1/4。

塑性、韧性高
因瓦合金的延伸率和断面收缩率以及冲击韧性都很高，延伸率δ= 25-35%，冲击韧性αK=18-33公斤·米/厘米
2.3.因瓦合金- 特性
物理特性
绝大多数的金属和合金都是在受热时体积膨胀，冷却时体积收缩，但因瓦合金由于它的铁磁性，在一定的温度范围内，具有因瓦效应的反常热膨胀，其膨胀系数极低，有时甚至为零或负值。

化学特性
1896年瑞士瑞士科学家学家纪尧姆发现了一种奇妙的合金，这种合金在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少，出现所谓反常热膨胀现象（负反常），从而可以在室温附近很宽的温度范围内，获得很小的甚至接近零的膨胀系数，这种合金的组成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心里方结构，其牌号为4J36，它的中文名字叫殷钢，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是体积不变。

这个卓越的合金对科学进步的贡献如此之大，致使其发现者（瑞士物理学家纪尧姆）为此获得1920年的诺贝尔物理学奖，在历史上他是第一位也是唯一的科学家因一项冶金学成果而获此殊荣。

2.4.因瓦合金- 生产应
工业应用
主要适用于电器元件与硬玻璃、软玻璃、陶瓷匹配封接的玻封合金，属于低膨胀合金。

其状态有硬态和软态两种。

4J36(Invar 36/K93600/ 因瓦合金/玻封合
金在-60度--80 度大气温度变化内有较低的膨胀系数和良好的可塑性，用于制作在气温变化范围内尺寸近于恒定的元件，广泛用于无线电，精密仪表,仪器和其他行业，4J36(Invar 36/K93600/ 因瓦合金/玻封合金用来制作标准量具，微波谐振腔，双金属片被动层等。

制造应用
因瓦在室温附近的平均低于10-6℃-1，主要用来制造标准尺、测温计、、钟表摆轮、、微波设备的谐振腔、构件、组元材料，零件等。

制造。

3.因瓦合金的特性
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因瓦合金(invar alloy)
含镍36％的铁基低热膨胀合金，在-50～100℃范围的平均线膨胀系数低于1．5×10-6 ／℃，是电子工业和精密仪表工业用量较多的重要材料。

1、简史
法国人纪尧姆(C．E．Guillaume)为寻找标准尺材料铂铱合金的代用品，在1896年发明了FeNi36合金，室温附近的平均线膨胀系数低于1．5×10-6／℃，约为普通钢的1/10。

因室温附近长度几乎不变，命名为因瓦合金(Invar为Invariability 的缩写)。

2、特性：
因瓦合金为单相奥氏体，甚至在-196℃仍不出现马氏体相变，熔点为1450℃，居里温度约为230℃。

因瓦合金的平均线膨胀系数及物理、力学性能列于表1和表2中。

3、性能影响因素：
影响因瓦合金线膨胀系数和尺寸稳定性的最主要因素，首先是化学成分和气体夹杂物，其次是由冷变形、切削加工以及高温加热后的冷却速度等工艺因素引起的内应力。

能明显提高线膨胀系数的因素是碳和硼的含量，其次是铝、硅、锰、钼、铬等元素。

氧、氮等气体和非金属夹杂物也使合金的线膨胀系数升高。

因瓦合金中的碳在使用过程中缓慢析出，导致长度发生变化，因此优质因瓦合金应当是超低碳和超纯的材料。

为了降低和稳定因瓦合金的线膨胀系数，采用三重热处理工艺：(1)加热到830℃，保温，水冷；(2)加热到315℃，保温1h，空冷；(3)加热到95℃，保温48h，空冷。

4、应用：
因瓦合金主要用于微波设备的谐振腔，彩色显像管的荫罩，标准量具，热双金属的被动层，精密仪表构件。

由于因瓦合金的导热系数是铁镍合金中最低的，而且在极低温度下很稳定，因此在液化天然气和液氢的贮罐、输送管道等方面用量很大。