殷鋼- 殷瓦合金 invar鐵鎳合金材料性能

因瓦合金（invar，也稱為殷鋼）

1.殷鋼的定義

因瓦合金---國標稱膨脹合金，是一種含鎳36%、鐵63.8%、碳0.2%的鎳鐵合金，其熱膨脹系數(shù)低，可在較寬的溫度范圍內(nèi)保持定長。

2.基本屬性

因瓦合金屬于以鐵為基礎的高鎳合金，通常含32%～36%的Ni，還含有少量的S、P、C等元素，其余60%為Fe。

殷鋼，（Invar Steel的音譯），屬于鐵鎳合金的一種，其成分為鎳36%，鐵63.8%，碳0.2%。這種材料大的特點就是隨溫度的變形極小，適合于制作對溫度變形有嚴格要求的零件。殷鋼及與殷鋼有相似特性的材料有：殷鋼35Ni-65Fe，32Ni-64Fe-4Co(超殷鋼),37Fe-32Co-11Cr（不銹殷鋼）和非晶合金83Fe-17B等。

1896年殷鋼由瑞士物理學家夏爾·愛德華·紀堯姆（C. E. Guillaume）首先發(fā)現(xiàn)。

因瓦合金具有以下性能:

1.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%是達到1.8 ×10-8℃，且在室溫－80℃—+100℃時均不發(fā)生變化。

2.強度、硬度不高

因瓦合金含碳量小于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.導熱系數(shù)低

因瓦合金的導熱系數(shù)為0.026～0.032cal/cm·sec·℃ ， 僅為45鋼導熱系數(shù)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

殷鋼，因瓦，膨脹合金，Invar36®是含鎳36%的鐵鎳合金。在204°C以下，它的熱膨脹系數(shù)大約為碳鋼的十分之一。
 Invar 36(4J36)因瓦合金合金又稱因瓦(INVAR)合金，合金的居里點約為230℃，低于這一溫度時合金是鐵磁性的，具有很低的膨脹系數(shù)，高于這一溫度時合金為無磁性的，膨脹系數(shù)增大。該合金主要用于制造在氣溫變化范圍內(nèi)尺寸近似恒定的元件，廣泛用于無線電工業(yè)、精密儀器、儀表及其他工業(yè)。

 Invar 36(4J36)因瓦合金材料牌號 Invar 36(4J36)因瓦合金。

 Invar 36(4J36)因瓦合金相近牌號 見表1-1。

表1-1[1,2]

俄羅斯	美國	英國	日本	法國	德國
32H 32H-BИ -	Invar Nilvar Unipsan 36	Invar Nilo36 36Ni	不變鋼 Cactus LE -	Invar Standard Fe-Ni36 -	Vacodil36 Nilos36 -

Invar 36(4J36)因瓦合金材料的技術標準 YB/T 5241-1993《低膨脹合金4J32、Invar 36(4J36)因瓦合金、4J38和4J40技術條件》。

Invar 36(4J36)因瓦合金化學成分 見表1-2。

表1-2%

C	P	S	Si	Mn	Ni	Fe
≤
0.05	0.020	0.020	0.30	0.2～0.6	35.0～37.0	余量

在平均線膨脹系數(shù)達到標準規(guī)定條件下，允許鎳含量偏離表1-2規(guī)定范圍。

 Invar 36(4J36)因瓦合金熱處理制度 標準規(guī)定的膨脹系數(shù)性能檢驗試樣按下述方法加工和熱處理：將半成品試樣加熱至840℃±10℃，保溫1h,水淬，再將試樣加工為成品試樣，在315℃±10℃保溫1h，隨爐冷或空冷。

Invar 36(4J36)因瓦合金品種規(guī)格與供應狀態(tài) 品種有棒、管、板、絲和帶。

 Invar 36(4J36)因瓦合金熔煉與鑄造工藝 用非真空感應爐、真空感應爐和電弧爐熔煉。

Invar 36(4J36)因瓦合金應用概況與特殊要求 該合金是典型低膨脹合金。經(jīng)航空工廠長期使用，性能穩(wěn)定；使用中應嚴格控制熱處理工藝及加工工藝，以保證材料的穩(wěn)定性。

二、Invar 36(4J36)因瓦合金物理及化學性能 

Invar 36(4J36)因瓦合金熱性能                                        

Invar 36(4J36)因瓦合金溶化溫度范圍 1430～1450℃[1,2]。

Invar 36(4J36)因瓦合金熱導率 λ=11W/(m•℃)[1,2]。

Invar 36(4J36)因瓦合金比熱容 c(20～100℃)=515J/(kg•℃)。

Invar 36(4J36)因瓦合金線膨脹系數(shù) 標準規(guī)定α1(20～100℃)≤1.5×10-6℃-1。

合金試樣在保護氣氛或真空中加熱到880℃±20℃，保溫1h，以不大于300℃/h冷卻，其平均線膨脹系數(shù)見表2-1。合金的膨脹曲線見圖 2-1。

表2-1[1]

溫度范圍/℃		溫度范圍/℃	/10-6℃-1
20～60	1.8	20～250	3.6
20～40	1.8	20～300	5.2
20～20	1.6	20～350	6.5
20～0	1.6	20～400	7.8
20～50	1.1	20～450	8.9
20～100	1.4	20～500	9.7
20～150	1.9	20～550	10.4
20～200	2.5	20～600	11.0

Invar 36(4J36)因瓦合金密度 ρ=8.10g/cm3[1]。

Invar 36(4J36)因瓦合金電性能

Invar 36(4J36)因瓦合金電阻率 ρ=0.78μΩ·m[1,2]。

Invar 36(4J36)因瓦合金電阻溫度系數(shù) 見表2-2。 

表2-2[1,2]

溫度范圍/℃	20～50	20～100	20～200	20～300	20～400	20～500
αR/103℃-1	1.8	1.7	1.4	1.2	1.0	0.9

Invar 36(4J36)因瓦合金磁性能

Invar 36(4J36)因瓦合金居里點 Tc=230℃[1,2]。

Invar 36(4J36)因瓦合金合金（帶材）的磁性能 見表2-3。

表2-3[1,2]

H/(A/m)	B/T	H/(A/m)	B/T
8	1.8×10-2	160	0.74
16	4.2×10-2	400	0.97
24	8×10-2	800	1.12
40	0.2	2000	1.27
80	0.5	4000	1.32

在4000A/m下，剩余磁感應強度Br=0.6T，矯頑力Hc=48A/m[1,2]。

Invar 36(4J36)因瓦合金合金磁導率與溫度的關系（磁場強度400A/m) 見表2-4。

表2-4[1,2]

θ/℃	-17.8	10.0	37.8	66	93	116
μ/(mH/m)	2.25	2.14	2.04	1.93	1.81	1.70

Invar 36(4J36)因瓦合金化學性能 合金在大氣、淡水、和海水中有一定的耐腐蝕性。 

三、Invar 36(4J36)因瓦合金力學性能

Invar 36(4J36)因瓦合金技術標準規(guī)定的性能

Invar 36(4J36)因瓦合金室溫及各種溫度下的力學性能 

 Invar 36(4J36)因瓦合金硬度 合金在退火狀態(tài)的硬度HV=140[1,2]。

Invar 36(4J36)因瓦合金拉伸性能 合金（退火狀態(tài)）在常溫下的拉伸性能見表3-1。在不同冷應變下的拉伸性能見表3-2。 

表3-1[1]

σb/MPa	σP0.2/MPa	δ/%
450	274	35

表3-2

ε/%	σb/MPa	σP0.2/MPa	δ/%
15 25 30	641 689 731	448 617 655	14 9 8

Invar 36(4J36)因瓦合金持久和蠕變性能

Invar 36(4J36)因瓦合金疲勞性能 

Invar 36(4J36)因瓦合金彈性性能 

Invar 36(4J36)因瓦合金彈性模量 合金（退火狀態(tài)）的彈性模量E=144GPa。

四、Invar 36(4J36)因瓦合金組織結構

Invar 36(4J36)因瓦合金相變溫度           

Invar 36(4J36)因瓦合金時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 

Invar 36(4J36)因瓦合金合金組織結構 合金為單相奧氏體組織。

Invar 36(4J36)因瓦合金晶粒度 冷應變率ε=60%～70%、厚度d=1mm的帶材，在表4-1所示溫度下退火1h，空冷后，按YB 027-1992標準進行晶粒度評級，結果見表4-1。

表4-1[1,2]

退火溫度/℃	700	750	800	900	1000	1050	1100	1200
晶粒度級別	開始再結晶	>10	>10	9.0	6.5	4.0	3.0	2.0

五、Invar 36(4J36)因瓦合金工藝性能與要求

Invar 36(4J36)因瓦合金成形性能 合金很容易冷、熱加工。熱加工時應避免在含硫的氣氛中加熱。

Invar 36(4J36)因瓦合金焊接性能 合金可采用氧乙炔焊、電弧焊、點焊和氫原子焊等方法焊接。由于膨脹系數(shù)與合金的化學成分有關，應盡量避免因焊接造成合金成分的改變，因此使用氬弧焊，焊接的填充金屬好含有0.5%～1.5%的鈦，以減少焊接的氣孔和裂縫。
Invar 36(4J36)因瓦合金零件熱處理工藝 該合金熱處理可分為：消除應力退火、中間退火及穩(wěn)定化處理。

(1)消除應力退火 為消除零件在機械加工后的殘存應力，要進行消除應力退火：530～550℃，保溫1～2h,爐冷。

(2)中間退火 為消除合金在冷軋，冷拔、冷沖壓過程引起的加工硬化現(xiàn)象，以利于繼續(xù)加工。工件加熱到830～880℃，保溫30min，爐冷或空冷。

(3)穩(wěn)定化處理 為獲得具有較低的膨脹系數(shù)又能使其性能穩(wěn)定的處理。一般采用三段處理。

a)均勻化：在加熱中，合金中的雜質(zhì)充分固溶和合金化元素趨于均勻。工件在保護氣氛中，加熱到830℃，保溫20min～1h，淬火。

b)回火：在回火過程中能夠部分消除由淬火產(chǎn)生的應力。工件加熱到315℃，保溫1～4h，爐冷。

c)穩(wěn)定化時效：使合金的尺寸穩(wěn)定。工件加熱到95℃，保溫48h。對于冷加工或機械加工后的高精度零件，不宜采用高溫處理時，可采用下述消除應力穩(wěn)定化處理：工件加熱到315～370℃，1～4h。

該合金不能用熱處理硬化。

 Invar 36(4J36)因瓦合金表面處理工藝 表面處理可采用噴砂、拋光或酸洗。合金可用25%鹽酸溶液在70℃下酸洗，清除氧化皮。
Invar 36(4J36)因瓦合金切削加工與磨削性能 該合金切削加工特性和奧氏體不銹鋼相似。加工時采用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具，低速切削加工。切削時可使用冷卻劑。該合金磨削性能良好。

連接應用

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/玻封合金用來制作標準量具，微波諧振腔，雙金屬波動層等。

制造應用

殷瓦合金在室溫附近的平均熱膨脹系數(shù)低于10-6℃-1，主要用來制造標準尺、測溫計、測距儀、鐘表擺輪、塊規(guī)、微波設備的諧振腔、重力儀構件、熱雙金屬組元材料，光學儀器零件等。熔融法制造。

模具應用

隨著復合材料技術的不斷發(fā)展，在精密復合材料成型工藝中，普通金屬模具因熱膨脹系數(shù)與復合材料不一致而導致復合材料零件尺寸與理論尺寸不一致的問題逐漸顯現(xiàn)。因此在航空航天、軌道交通領域已開始使用殷瓦合金鋼制造精密復合材料模具。