4J36殷钢 Invar36 铁镍合金成份性能分析
一、Invar 36(4J36)因瓦合金概述
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。4J36（中国）、Fe-Ni36（法国）、1.3912、Ni36（德国）、X1NiCrMoCu、N 25-20-7(英国）Invar 36、UNSK93600恒温器合金、UNSK93601压力容器板材(美国）
Invar 36(4J36)因瓦合金相近牌号 见表1-1。
表1-1[1,2]
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俄罗斯 |
美国 |
英国 |
日本 |
法国 |
德国 |
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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。
合金试样在保护气氛或真空中加热到880℃±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，因此好使用氩弧焊，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。工件在保护气氛中，加热到830℃，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。
