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殷钢(金属材料)

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-。

这种材料最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。

殷瓦合金属于铁基高镍合金,通常含有32--36-的镍,还含有少量的S、P、C等元素,其余为60-左右的Fe,由于镍为扩大奥氏体元素,故高镍使奥氏体转为马氏体的相变降至室温以下,-100~-120℃,因而经退火后,殷瓦合金在室温及室温以下一定温度范围内,均具有面心晶格结构的奥氏体组织,也是镍溶于γ-Fe中形成的固溶体,因而殷瓦合金具有以下性能。

1.膨胀系数小

殷瓦合金也叫不胀钢,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-80℃到+100℃时均不发生变化。

图为合金热膨胀系数与镍所占质量比例的关系,在镍约占36-时为最小。

2.强度、硬度不高

殷瓦合金含碳量小于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

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

4.塑性、韧性高

殷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

物理特性

绝大多数的金属和合金都是在受热时体积膨胀,冷却时体积收缩,但因瓦合金由于它的铁磁性,在一定的温度范围内,具有因瓦效应的反常热膨胀,其膨胀系数极低,有时甚至为零或负值。

化学特性

1896年瑞士瑞士科学家学家纪尧姆发现了一种奇妙的合金,这种合金在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少,出现所谓反常热膨胀现象(负反常),从而可以在室温附近很宽的温度范围内,获得很小的甚至接近零的膨胀系数,这种合金的组成是64-的Fe和36-的Ni,呈面心立方结构,其牌号为4J36,它的中文名字叫殷钢,英文名字叫因瓦合金(invar),意思是体积不变。这个卓越的合金对科学进步的贡献如此之大,致使其发现者(瑞士物理学家纪尧姆)因此获得1920年的诺贝尔物理学奖,在历史上他是第一位也是唯一的科学家因一项冶金学成果而获此殊荣。

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。

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