殷钢- 殷瓦合金 invar铁镍合金材料性能

因瓦合金（invar，也称为殷钢）

1.殷钢的定义

因瓦合金---国标称膨胀合金，是一种含镍36%、铁63.8%、碳0.2%的镍铁合金，其热膨胀系数低，可在较宽的温度范围内保持定长。

2.基本属性

因瓦合金属于以铁为基础的高镍合金，通常含32%～36%的Ni，还含有少量的S、P、C等元素，其余60%为Fe。

殷钢，（Invar Steel的音译），属于铁镍合金的一种，其成分为镍36%，铁63.8%，碳0.2%。这种材料大的特点就是随温度的变形极小，适合于制作对温度变形有严格要求的零件。殷钢及与殷钢有相似特性的材料有：殷钢35Ni-65Fe，32Ni-64Fe-4Co(超殷钢),37Fe-32Co-11Cr（不锈殷钢）和非晶合金83Fe-17B等。

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

因瓦合金具有以下性能:

1.膨胀系数小

因瓦合金也叫不胀钢，其平均膨胀系数一般为1.5×10-6℃，含镍在36%是达到1.8 ×10-8℃，且在室温－80℃—+100℃时均不发生变化。

2.强度、硬度不高

因瓦合金含碳量小于0.05%，硬度和强度不高，抗拉强度在517Mpa左右，屈服强度在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。

3.导热系数低

因瓦合金的导热系数为0.026～0.032cal/cm·sec·℃ ， 仅为45钢导热系数的1/3-1/4。

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

殷钢，因瓦，膨胀合金，Invar36®是含镍36%的铁镍合金。在204°C以下，它的热膨胀系数大约为碳钢的十分之一。
 Invar 36(4J36)因瓦合金合金又称因瓦(INVAR)合金，合金的居里点约为230℃，低于这一温度时合金是铁磁性的，具有很低的膨胀系数，高于这一温度时合金为无磁性的，膨胀系数增大。该合金主要用于制造在气温变化范围内尺寸近似恒定的元件，广泛用于无线电工业、精密仪器、仪表及其他工业。

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

 Invar 36(4J36)因瓦合金相近牌号 见表1-1。

表1-1[1,2]

俄罗斯	美国	英国	日本	法国	德国
32H 32H-BИ -	Invar Nilvar Unipsan 36	Invar Nilo36 36Ni	不变钢 Cactus LE -	Invar Standard Fe-Ni36 -	Vacodil36 Nilos36 -

Invar 36(4J36)因瓦合金材料的技术标准 YB/T 5241-1993《低膨胀合金4J32、Invar 36(4J36)因瓦合金、4J38和4J40技术条件》。

Invar 36(4J36)因瓦合金化学成分 见表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

在平均线膨胀系数达到标准规定条件下，允许镍含量偏离表1-2规定范围。

 Invar 36(4J36)因瓦合金热处理制度 标准规定的膨胀系数性能检验试样按下述方法加工和热处理：将半成品试样加热至840℃±10℃，保温1h,水淬，再将试样加工为成品试样，在315℃±10℃保温1h，随炉冷或空冷。

Invar 36(4J36)因瓦合金品种规格与供应状态 品种有棒、管、板、丝和带。

 Invar 36(4J36)因瓦合金熔炼与铸造工艺 用非真空感应炉、真空感应炉和电弧炉熔炼。

Invar 36(4J36)因瓦合金应用概况与特殊要求 该合金是典型低膨胀合金。经航空工厂长期使用，性能稳定；使用中应严格控制热处理工艺及加工工艺，以保证材料的稳定性。

二、Invar 36(4J36)因瓦合金物理及化学性能 

Invar 36(4J36)因瓦合金热性能                                        

Invar 36(4J36)因瓦合金溶化温度范围 1430～1450℃[1,2]。

Invar 36(4J36)因瓦合金热导率 λ=11W/(m•℃)[1,2]。

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

Invar 36(4J36)因瓦合金线膨胀系数 标准规定α1(20～100℃)≤1.5×10-6℃-1。

合金试样在?；て栈蛘婵罩屑尤鹊?80℃±20℃，保温1h，以不大于300℃/h冷却，其平均线膨胀系数见表2-1。合金的膨胀曲线见图 2-1。

表2-1[1]

温度范围/℃		温度范围/℃	/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)因瓦合金电性能

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

Invar 36(4J36)因瓦合金电阻温度系数 见表2-2。 

表2-2[1,2]

温度范围/℃	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)因瓦合金居里点 Tc=230℃[1,2]。

Invar 36(4J36)因瓦合金合金（带材）的磁性能 见表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，剩余磁感应强度Br=0.6T，矫顽力Hc=48A/m[1,2]。

Invar 36(4J36)因瓦合金合金磁导率与温度的关系（磁场强度400A/m) 见表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)因瓦合金化学性能 合金在大气、淡水、和海水中有一定的耐腐蚀性。 

三、Invar 36(4J36)因瓦合金力学性能

Invar 36(4J36)因瓦合金技术标准规定的性能

Invar 36(4J36)因瓦合金室温及各种温度下的力学性能 

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

Invar 36(4J36)因瓦合金拉伸性能 合金（退火状态）在常温下的拉伸性能见表3-1。在不同冷应变下的拉伸性能见表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)因瓦合金持久和蠕变性能

Invar 36(4J36)因瓦合金疲劳性能 

Invar 36(4J36)因瓦合金弹性性能 

Invar 36(4J36)因瓦合金弹性模量 合金（退火状态）的弹性模量E=144GPa。

四、Invar 36(4J36)因瓦合金组织结构

Invar 36(4J36)因瓦合金相变温度           

Invar 36(4J36)因瓦合金时间-温度-组织转变曲线 

Invar 36(4J36)因瓦合金合金组织结构 合金为单相奥氏体组织。

Invar 36(4J36)因瓦合金晶粒度 冷应变率ε=60%～70%、厚度d=1mm的带材，在表4-1所示温度下退火1h，空冷后，按YB 027-1992标准进行晶粒度评级，结果见表4-1。

表4-1[1,2]

退火温度/℃	700	750	800	900	1000	1050	1100	1200
晶粒度级别	开始再结晶	>10	>10	9.0	6.5	4.0	3.0	2.0

五、Invar 36(4J36)因瓦合金工艺性能与要求

Invar 36(4J36)因瓦合金成形性能 合金很容易冷、热加工。热加工时应避免在含硫的气氛中加热。

Invar 36(4J36)因瓦合金焊接性能 合金可采用氧乙炔焊、电弧焊、点焊和氢原子焊等方法焊接。由于膨胀系数与合金的化学成分有关，应尽量避免因焊接造成合金成分的改变，因此使用氩弧焊，焊接的填充金属好含有0.5%～1.5%的钛，以减少焊接的气孔和裂缝。
Invar 36(4J36)因瓦合金零件热处理工艺 该合金热处理可分为：消除应力退火、中间退火及稳定化处理。

(1)消除应力退火 为消除零件在机械加工后的残存应力，要进行消除应力退火：530～550℃，保温1～2h,炉冷。

(2)中间退火 为消除合金在冷轧，冷拔、冷冲压过程引起的加工硬化现象，以利于继续加工。工件加热到830～880℃，保温30min，炉冷或空冷。

(3)稳定化处理 为获得具有较低的膨胀系数又能使其性能稳定的处理。一般采用三段处理。

a)均匀化：在加热中，合金中的杂质充分固溶和合金化元素趋于均匀。工件在?；て罩校尤鹊?30℃，保温20min～1h，淬火。

b)回火：在回火过程中能够部分消除由淬火产生的应力。工件加热到315℃，保温1～4h，炉冷。

c)稳定化时效：使合金的尺寸稳定。工件加热到95℃，保温48h。对于冷加工或机械加工后的高精度零件，不宜采用高温处理时，可采用下述消除应力稳定化处理：工件加热到315～370℃，1～4h。

该合金不能用热处理硬化。

 Invar 36(4J36)因瓦合金表面处理工艺 表面处理可采用喷砂、抛光或酸洗。合金可用25%盐酸溶液在70℃下酸洗，清除氧化皮。
Invar 36(4J36)因瓦合金切削加工与磨削性能 该合金切削加工特性和奥氏体不锈钢相似。加工时采用高速钢或硬质合金刀具，低速切削加工。切削时可使用冷却剂。该合金磨削性能良好。

连接应用

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/K93600/1.3912) 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/K93600/1.3912) 因瓦合金/玻封合金用来制作标准量具，微波谐振腔，双金属波动层等。

制造应用

殷瓦合金在室温附近的平均热膨胀系数低于10-6℃-1，主要用来制造标准尺、测温计、测距仪、钟表摆轮、块规、微波设备的谐振腔、重力仪构件、热双金属组元材料，光学仪器零件等。熔融法制造。

模具应用

随着复合材料技术的不断发展，在精密复合材料成型工艺中，普通金属模具因热膨胀系数与复合材料不一致而导致复合材料零件尺寸与理论尺寸不一致的问题逐渐显现。因此在航空航天、轨道交通领域已开始使用殷瓦合金钢制造精密复合材料模具。