因瓦合金4J36漫漫發展史

上海墨鉅整理一份因瓦合金4J36的詳細成分性能。歡迎大家轉載。

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

中文名【因瓦合金】，也可簡稱為 Invar，即含有35.4%鎳的鐵合金，中國牌號4J36等。常溫下具有很低的熱膨脹系數（-20℃~20℃之間，其平均值約1.6×10-6/℃），號稱金屬之王，是精密儀器設備不可或缺的結構材料。

1.1. Invar - 發現歷史

1896年，瑞士籍法國物理學家 紀堯姆（C.E.Guialme） 發現該成分的合金具有的這一特性：在常溫下（-80~230℃）內表現出很小的熱膨脹系數。Guilaume 由于該發現也榮獲1920年的諾貝爾獎，這是繼德國物理學家 倫琴（Wilhelm.Conrad.Roentgen）之后第二個獲此殊榮的物理學家，也是冶金專業第一個獲此殊榮的科學家。

1.2. Invar - Invar的命名

因為不同語言之間差異等原因，Invar的命名眾多，但是比較常用的名稱分類如下：

1. 美、英：Invariable Alloy，另外還有Invar36，Invar35，Ni36Fe，Fe-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， 無膨脹合金等。

目前通行的比較規范的寫法是 Invar和因瓦。

1.3. Invar - invar的特性

1．熱膨脹系數小，常溫下平均膨脹系數1.6×10-6/℃，且在室溫－80℃~230℃時比較穩定。　

2．強度、硬度不高，抗拉強度在590Mpa左右，屈服強度在410Mpa左右，布氏硬度在141HBS左右。 

3．導熱系數低，為10W/m.K ，僅為45鋼導熱系數的1/4左右。 45號鋼的導熱系數為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 不能熱處理強化，其特性與奧氏體不銹鋼類似，但比奧氏體不銹鋼還要難加工。切削加工中主要表現為切削力大、切削溫度高。在加工過程中，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的發展及應用前景

　Invar的發現引起了各國科學家的重視，使得Invar無論是從種類還是從性能和應用上都得到了極大的提高。其發展歷程：

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A.Kussmann發現了Fe-Pt和Fe-Pd 冶金系 Invar；

4. 1964年，Invar開始按照工業標準批量生產，成為商用合金材料；

5. 20世紀70年代，美國Inco公司研制出Incoloy903合金，使低膨脹合金進入了高溫應用領域；

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

作為低膨脹合金，都要求組織穩定性，FeNi36 型Invar在接近-273℃時也能保持穩定的奧氏體狀態，因而獲得最廣泛的應用，其應用領域的擴大同樣經歷了比較長的過程：

1. 早期主要用于制造精密儀器儀表、標準鐘的擺桿、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、長度標尺、大地測量基線尺等；　

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

5. 進入21世紀之后，隨著航天技術的飛速發展，其應用拓展到航天遙感器、精密激光設備、光學測量系統和波導管結構件、各種顯微鏡、天文望遠鏡中大型透鏡的支撐系統以及需要安裝透鏡的各類科學儀器。

2. 因瓦合金

因瓦合金是FeNi36的一種鐵鎳合金。因為它的熱膨脹系數小而出名。它應用在要求線度穩定性高的地方，如精密儀表等。 因瓦合金由瑞士科學家查爾斯·愛德華·紀堯姆于1896年發現，由于因瓦合金能改善儀表的性能。為此，紀堯姆榮獲1920年諾貝爾物理獎。

2.1. 因瓦合金 - 基本信息

l 定義

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

l 俗名

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

因瓦是法語“Invar”的音譯。

l 發現者

1896年由瑞士物理學家夏爾·愛德華·紀堯姆（C. E. Guillaume）首先發現。

2.2. 因瓦合金 - 基本性質

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，由于鎳為擴大奧氏體元素，故高鎳使奧氏體轉為馬氏體的相變降至室溫以下，－100～－120℃，因而經退火后，因瓦合金在室溫及室溫以下一定溫度范圍內，均具有面心晶格結構的奧氏體組織，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 膨脹系數小

因瓦合金也叫不脹鋼，其平均膨脹系數一般為1.5×10-6℃，含鎳在36%是達到1.8 ×10-8℃，且在室溫－80℃—+100℃時均不發生變化。

l 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。

l 導熱系數低

因瓦合金的導熱系數為0.026～0.032cal/cm·sec·℃ ， 僅為45鋼導熱系數的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

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

l 化學特性

1896年瑞士瑞士科學家學家紀堯姆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系數顯著減少，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范圍內，獲得很小的甚至接近零的膨脹系數，這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心里方結構，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。這個卓越的合金對科學進步的貢獻如此之大，致使其發現者（瑞士物理學家紀堯姆）為此獲得1920年的諾貝爾物理學獎，在歷史上他是第一位也是唯一的科學家因一項冶金學成果而獲此殊榮。

2.4. 因瓦合金 - 生產應

l 工業應用

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。其狀態有硬態和軟態兩種。 4J36(Invar 36/K93600/1.3912) 因瓦合金/玻封合金在-60度--80 度 大氣溫度變化內有較低的膨脹系數和良好的可塑性，用于制作在氣溫變化范圍內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， 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，雙金屬片被動層等。

l 制造應用

因瓦 合金在室溫附近的平均 熱膨脹系數低于10-6℃-1，主要用來制造標準尺、測溫計、 測距儀、鐘表擺輪、 塊規、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。

3. 因瓦合金的特性

來源于 中國鋼鐵百科 >> 原料知識 >> 合金

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低于1．5×10-6 ／℃，是電子工業和精密儀表工業用量較多的重要材料。

1、簡史  

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

2、特性：   

因瓦合金為單相奧氏體，甚至在-196℃仍不出現馬氏體相變，熔點為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和尺寸穩定性的最主要因素，首先是化學成分和氣體夾雜物，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應力。能明顯提高線膨脹系數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升高。因瓦合金中的碳在使用過程中緩慢析出，導致長度發生變化，因此優質因瓦合金應當是超低碳和超純的材料。為了降低和穩定因瓦合金的線膨脹系數，采用三重熱處理工藝：(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、應用：

因瓦合金主要用于微波設備的諧振腔，彩色顯像管的蔭罩，標準量具，熱雙金屬的被動層，精密儀表構件。由于因瓦合金的導熱系數是鐵鎳合金中最低的，而且在極低溫度下很穩定，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。