因瓦合金4J36漫漫發(fā)展史

上海墨鉅整理一份因瓦合金4J36的詳細(xì)成分性能,。歡迎大家轉(zhuǎn)載。

因室溫附近長(zhǎng)度幾乎不變，命名為因瓦合金(Invar為Invariability的縮寫(xiě)),。

中文名【因瓦合金】,，也可簡(jiǎn)稱(chēng)為 Invar，即含有35.4%鎳的鐵合金,，中國(guó)牌號(hào)4J36等,。常溫下具有很低的熱膨脹系數(shù)（-20℃~20℃之間，其平均值約1.6×10-6/℃）,，號(hào)稱(chēng)金屬之王,，是精密儀器設(shè)備不可或缺的結(jié)構(gòu)材料。

1.1. Invar - 發(fā)現(xiàn)歷史

1896年,，瑞士籍法國(guó)物理學(xué)家 紀(jì)堯姆（C.E.Guialme） 發(fā)現(xiàn)該成分的合金具有的這一特性：在常溫下（-80~230℃）內(nèi)表現(xiàn)出很小的熱膨脹系數(shù),。Guilaume 由于該發(fā)現(xiàn)也榮獲1920年的諾貝爾獎(jiǎng)，這是繼德國(guó)物理學(xué)家 倫琴（Wilhelm.Conrad.Roentgen）之后第二個(gè)獲此殊榮的物理學(xué)家,，也是冶金專(zhuān)業(yè)第一個(gè)獲此殊榮的科學(xué)家,。

1.2. Invar - Invar的命名

因?yàn)椴煌Z(yǔ)言之間差異等原因，Invar的命名眾多,，但是比較常用的名稱(chēng)分類(lèi)如下：

1. 美,、英：Invariable Alloy，另外還有Invar36,，Invar35,，Ni36Fe，F(xiàn)e-Ni36,，NiInvar,，Unispan36，Ni1036等,；

2. 日：不變鋼,；

3. 德：Vacodil36 ，另外還有Ni1036等

4. 漢：低膨脹合金,，另外還有因瓦合金,，殷鋼，因鋼,，不脹鋼,，銦鋼，因瓦,， 4J36,， 無(wú)膨脹合金等。

目前通行的比較規(guī)范的寫(xiě)法是 Invar和因瓦,。

1.3. Invar - invar的特性

1．熱膨脹系數(shù)小,，常溫下平均膨脹系數(shù)1.6×10-6/℃,，且在室溫－80℃~230℃時(shí)比較穩(wěn)定?！?/span>

2．強(qiáng)度,、硬度不高，抗拉強(qiáng)度在590Mpa左右,，屈服強(qiáng)度在410Mpa左右,，布氏硬度在141HBS左右。 

3．導(dǎo)熱系數(shù)低,，為10W/m.K ,，僅為45鋼導(dǎo)熱系數(shù)的1/4左右。 45號(hào)鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/m.K

4．塑性,、韌性,、延伸率、斷面收縮率以及沖擊韌性都很高,，延伸率 δ= 30~45%,，收縮率δ=50~70%。沖擊韌性αK=130-310 J/cm2,。 

Invar 不能熱處理強(qiáng)化,，其特性與奧氏體不銹鋼類(lèi)似，但比奧氏體不銹鋼還要難加工,。切削加工中主要表現(xiàn)為切削力大,、切削溫度高。在加工過(guò)程中,，還具有軟,、粘特性和很大的塑性，不易斷屑,，加劇刀具的磨損,，降低工件的加工精度，因而必須采用高性能刀具,。

1.4. Invar - invar的發(fā)展及應(yīng)用前景

　Invar的發(fā)現(xiàn)引起了各國(guó)科學(xué)家的重視,，使得Invar無(wú)論是從種類(lèi)還是從性能和應(yīng)用上都得到了極大的提高。其發(fā)展歷程：

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 不銹Invar,；

3. 1937年德國(guó)A.Kussmann發(fā)現(xiàn)了Fe-Pt和Fe-Pd 冶金系 Invar；

4. 1964年,，Invar開(kāi)始按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)批量生產(chǎn),，成為商用合金材料；

5. 20世紀(jì)70年代,，美國(guó)Inco公司研制出Incoloy903合金,，使低膨脹合金進(jìn)入了高溫應(yīng)用領(lǐng)域；

6. 80年代末期,，在Invar系列合金的基礎(chǔ)上形成了現(xiàn)代低膨脹超合金系列,。

作為低膨脹合金，都要求組織穩(wěn)定性,，F(xiàn)eNi36 型Invar在接近-273℃時(shí)也能保持穩(wěn)定的奧氏體狀態(tài),，因而獲得最廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大同樣經(jīng)歷了比較長(zhǎng)的過(guò)程：

1. 早期主要用于制造精密儀器儀表,、標(biāo)準(zhǔn)鐘的擺桿,、擺輪及鐘表的游絲；

2. 在1920年代用Invar代替鉑用作于玻璃封接的引絲,，顯著降低了成本,；

3. 到了1950-1960年代，主要用于電子管,、控溫用的熱雙金屬片,、長(zhǎng)度標(biāo)尺、大地測(cè)量基線尺等,；　

4. 到了1980-1990年代,，廣泛用于微波技術(shù)、液化氣容器,、彩電的蔭罩,、架空電纜芯材、諧振腔,、激光準(zhǔn)直儀腔體,、光刻機(jī)主基板等；

5. 進(jìn)入21世紀(jì)之后,，隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展,，其應(yīng)用拓展到航天遙感器、精密激光設(shè)備,、光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)件,、各種顯微鏡、天文望遠(yuǎn)鏡中大型透鏡的支撐系統(tǒng)以及需要安裝透鏡的各類(lèi)科學(xué)儀器,。

2. 因瓦合金

因瓦合金是FeNi36的一種鐵鎳合金,。因?yàn)樗臒崤蛎浵禂?shù)小而出名。它應(yīng)用在要求線度穩(wěn)定性高的地方,，如精密儀表等,。 因瓦合金由瑞士科學(xué)家查爾斯·愛(ài)德華·紀(jì)堯姆于1896年發(fā)現(xiàn)，由于因瓦合金能改善儀表的性能,。為此,，紀(jì)堯姆榮獲1920年諾貝爾物理獎(jiǎng),。

2.1. 因瓦合金 - 基本信息

l 定義

因瓦合金（invar，也稱(chēng)為殷鋼,，改名字原為一商標(biāo)名）,，是一種鎳鐵合金，其成分為鎳36%,，鐵63.8%,，碳0.2%，它的熱膨脹系數(shù)極低,，能在很寬的溫度范圍內(nèi)保持固定長(zhǎng)度,。

l 俗名

因瓦合金，也叫做“不變鋼”,，中文俗稱(chēng) 殷鋼,，是一種鎳鋼合金，是含鎳36%的特殊鋼,，由于其膨脹系數(shù)極小,，適合做測(cè)量元件。 

因瓦是法語(yǔ)“Invar”的音譯,。

l 發(fā)現(xiàn)者

1896年由瑞士物理學(xué)家夏爾·愛(ài)德華·紀(jì)堯姆（C. E. Guillaume）首先發(fā)現(xiàn),。

2.2. 因瓦合金 - 基本性質(zhì)

因瓦合金屬于鐵基高鎳合金，通常含有32%-36%的鎳,，還含有少量的S,、P、C等元素,，其余為60%左右的Fe,，由于鎳為擴(kuò)大奧氏體元素，故高鎳使奧氏體轉(zhuǎn)為馬氏體的相變降至室溫以下,，－100～－120℃,，因而經(jīng)退火后，因瓦合金在室溫及室溫以下一定溫度范圍內(nèi),，均具有面心晶格結(jié)構(gòu)的奧氏體組織,，也 是鎳溶于γ-Fe中形成的固溶體，因而因瓦合金具有以下性能,。

l 膨脹系數(shù)小

因瓦合金也叫不脹鋼,，其平均膨脹系數(shù)一般為1.5×10-6℃，含鎳在36%是達(dá)到1.8 ×10-8℃,，且在室溫－80℃—+100℃時(shí)均不發(fā)生變化,。

l 強(qiáng)度、硬度不高

因瓦合金含碳量小于0.05%,，硬度和強(qiáng)度不高,，抗拉強(qiáng)度在517Mpa左右,，屈服強(qiáng)度276Mpa左右，維氏硬度在160左右,，一般可以通過(guò)冷變形來(lái)提高強(qiáng)度,，在強(qiáng)度提高的同時(shí)仍具有良好的塑性。

l 導(dǎo)熱系數(shù)低

因瓦合金的導(dǎo)熱系數(shù)為0.026～0.032cal/cm·sec·℃ ,， 僅為45鋼導(dǎo)熱系數(shù)的1/3-1/4。

l 塑性,、韌性高

因瓦合金的延伸率和斷面收縮率以及沖擊韌性都很高,，延伸率 δ= 25-35%，沖擊韌性αK=18-33公斤 · 米/厘米

2.3. 因瓦合金 - 特性

l 物理特性

絕大多數(shù)的金屬和合金都是在受熱時(shí)體積膨脹,，冷卻時(shí)體積收縮,，但因瓦合金由于它的鐵磁性，在一定的溫度范圍內(nèi),，具有因瓦效應(yīng)的反常熱膨脹,，其膨脹系數(shù)極低，有時(shí)甚至為零或負(fù)值,。

l 化學(xué)特性

1896年瑞士瑞士科學(xué)家學(xué)家紀(jì)堯姆發(fā)現(xiàn)了一種奇妙的合金,，這種合金在磁性溫度即居里點(diǎn)附近熱膨脹系數(shù)顯著減少，出現(xiàn)所謂反常熱膨脹現(xiàn)象（負(fù)反常）,，從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內(nèi),，獲得很小的甚至接近零的膨脹系數(shù)，這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni,，呈面心里方結(jié)構(gòu),，其牌號(hào)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。這個(gè)卓越的合金對(duì)科學(xué)進(jìn)步的貢獻(xiàn)如此之大,，致使其發(fā)現(xiàn)者（瑞士物理學(xué)家紀(jì)堯姆）為此獲得1920年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),，在歷史上他是第一位也是唯一的科學(xué)家因一項(xiàng)冶金學(xué)成果而獲此殊榮。

2.4. 因瓦合金 - 生產(chǎn)應(yīng)

l 工業(yè)應(yīng)用

主要適用于電器元件與硬玻璃,、軟玻璃,、陶瓷匹配封接的玻封合金，屬于低膨脹合金,。其狀態(tài)有硬態(tài)和軟態(tài)兩種,。 4J36(Invar 36/K93600/1.3912) 因瓦合金/玻封合金在-60度--80 度 大氣溫度變化內(nèi)有較低的膨脹系數(shù)和良好的可塑性，用于制作在氣溫變化范圍內(nèi)尺寸近于恒定的元件,，廣泛用于無(wú)線電,，精密儀表,儀器和其他行業(yè),， 4J36(Invar 36/K93600/1.3912) 因瓦合金/玻封合金用來(lái)制作標(biāo)準(zhǔn)量具，微波諧振腔,，雙金屬片被動(dòng)層等,。

l 制造應(yīng)用

因瓦 合金在室溫附近的平均 熱膨脹系數(shù)低于10-6℃-1，主要用來(lái)制造標(biāo)準(zhǔn)尺,、測(cè)溫計(jì),、 測(cè)距儀、鐘表擺輪,、 塊規(guī),、微波設(shè)備的諧振腔、 重力儀構(gòu)件,、 熱雙金屬組元材料,， 光學(xué)儀器零件等。 熔融法制造,。

3. 因瓦合金的特性

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因瓦合金(invar   alloy)

含鎳36％的鐵基低熱膨脹合金,，在-50～100℃范圍的平均線膨脹系數(shù)低于1．5×10-6 ／℃，是電子工業(yè)和精密儀表工業(yè)用量較多的重要材料,。

1,、簡(jiǎn)史  

法國(guó)人紀(jì)堯姆(C．E．Guillaume)為尋找標(biāo)準(zhǔn)尺材料鉑銥合金的代用品，在1896年發(fā)明了FeNi36合金,，室溫附近的平均線膨脹系數(shù)低于1．5×10-6／℃,，約為普通鋼的1/10。因室溫附近長(zhǎng)度幾乎不變,，命名為因瓦合金(Invar為Invariability的縮寫(xiě)),。

2、特性：   

因瓦合金為單相奧氏體,，甚至在-196℃仍不出現(xiàn)馬氏體相變,，熔點(diǎn)為1450℃，居里溫度約為230℃,。

3,、性能影響因素：   

影響因瓦合金線膨脹系數(shù)和尺寸穩(wěn)定性的最主要因素，首先是化學(xué)成分和氣體夾雜物,，其次是由冷變形,、切削加工以及高溫加熱后的冷卻速度等工藝因素引起的內(nèi)應(yīng)力。能明顯提高線膨脹系數(shù)的因素是碳和硼的含量,，其次是鋁,、硅、錳、鉬,、鉻等元素,。氧、氮等氣體和非金屬夾雜物也使合金的線膨脹系數(shù)升高,。因瓦合金中的碳在使用過(guò)程中緩慢析出,，導(dǎo)致長(zhǎng)度發(fā)生變化，因此優(yōu)質(zhì)因瓦合金應(yīng)當(dāng)是超低碳和超純的材料,。為了降低和穩(wěn)定因瓦合金的線膨脹系數(shù),，采用三重?zé)崽幚砉に嚕?1)加熱到830℃，保溫0.5h,，水冷,；(2)加熱到315℃，保溫1h,，空冷；(3)加熱到95℃,，保溫48h,，空冷。

4,、應(yīng)用：

因瓦合金主要用于微波設(shè)備的諧振腔,，彩色顯像管的蔭罩，標(biāo)準(zhǔn)量具,，熱雙金屬的被動(dòng)層,，精密儀表構(gòu)件。由于因瓦合金的導(dǎo)熱系數(shù)是鐵鎳合金中最低的,，而且在極低溫度下很穩(wěn)定,，因此在液化天然氣和液氫的貯罐、輸送管道等方面用量很大,。