摘要：Invar 36（因瓦合金或殷钢）是一种著名的铁-镍基低膨胀合金，通常含有约36%的镍。它由瑞士科学家夏尔·纪尧姆于1896年发现，并因此项工作获得了1920年的诺贝尔物理学奖。其名称“Invar”源自“Invariable”（不变），意指其异常低的热膨胀系数

Invar 36合金：超低膨胀合金的标杆

概述

Invar 36（因瓦合金或殷钢）是一种著名的铁-镍基低膨胀合金，通常含有约36%的镍。它由瑞士科学家夏尔·纪尧姆于1896年发现，并因此项工作获得了1920年的诺贝尔物理学奖。其名称“Invar”源自“Invariable”（不变），意指其异常低的热膨胀系数（CTE）。该合金在室温至约230°C的温度范围内，其热膨胀系数极低，通常仅为碳钢的1/10，不锈钢的1/5。这一独特的物理特性是其所有应用的基础。

化学成分 (Weight %)

| 元素 | 镍 (Ni) | 铁 (Fe) | 碳 (C) | 锰 (Mn) | 硅 (Si) | 钴 (Co) | 其他 |

| 含量 | 35.0 - 37.0 | 余量 | ≤ 0.05 | ≤ 0.35 | ≤ 0.25 | ≤ 0.50 | S, P ≤ 0.025 |

核心性能特点

1. 极低的热膨胀系数（CTE）：

核心特性。在20°C - 100°C温度范围内，其平均热膨胀系数通常为~1.6 × 10⁻⁶/°C。相比之下，普通碳钢约为11 × 10⁻⁶/°C，铝约为23 × 10⁻⁶/°C。

这一特性源于其独特的成分，使得在加热时，其晶格结构的磁致伸缩效应与正常的热膨胀效应相互抵消，从而在宏观上表现出近乎为零的膨胀。

2. 强度和硬度：

作为一种铁基合金，其强度和硬度高于许多铝合金，但低于高强度钢和镍基超级合金（如Haynes 242）。可通过冷加工（如冷轧、冷拉）适度提高强度。

3. 导热性和导电性：

热导率和电导率均较低，约为纯铁的1/3。

4. 力学性能随温度的变化：

在低温下，其强度和韧性会显著增加。

在高温下（超过~300°C），其低膨胀特性会逐渐消失，性能开始衰减，因此使用温度有上限。

5. 加工与焊接：

机加工：其加工特性与奥氏体不锈钢类似，但因其韧性好、导热差，切削时容易产生加工硬化，需要采用锋利的刀具、较低的切削速度和充分的冷却。

成形：易于进行冷、热成形。

焊接：可采用常见的焊接方法（如TIG、MIG、激光焊）。关键点：为最大限度地保持焊后区域的低膨胀特性，必须使用匹配的Invar 36焊材。否则，焊缝金属的膨胀系数会与母材不同，导致热应力问题。

典型应用领域

Invar 36的应用几乎完全基于其超低热膨胀系数和良好的尺寸稳定性。

1. 精密仪器与光学：

天文望远镜、激光谐振腔、光学平台支架：确保光学元件在环境温度波动时仍能保持精确的对准和焦距。

钟摆、钟表游丝：历史上最重要的应用之一，使计时精度不受温度影响。

双金属片：与高膨胀合金复合，用于温度传感和控制装置。

2. 航空航天与军工：

复合材料模具：这是现代最重要的应用之一。用于制造碳纤维复合材料部件（如飞机机翼、机身）的固化模具。因其CTE与碳纤维复合材料非常接近，在高温固化过程中能保证部件的尺寸和形状精度，避免变形。

卫星和航天器结构：在太空极端温度变化下保持结构尺寸稳定。

液化天然气（LNG）运输船：用于存储-163°C液化天然气的薄膜密封系统，因其在低温下的收缩率极小。

3. 电子与半导体工业：

引线框架、显像管/平板显示器的荫罩：确保电子元件在发热时不会因热位移而产生故障。

半导体制造设备：用于对温度波动敏感的精确定位平台。

4. 能源与运输：

超导磁体、粒子加速器的支撑结构。

长距离输电线：用于在寒冷气候下张紧电缆，其低膨胀特性可防止垂度随温度变化过大。

来源：科学未来城市