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Le barre di Invar 36, note anche come Nilo 36, Alloy 36, e designate come UNS K93600 (grado normale) e K93601 (grado per la lavorazione libera), con numero di materiale W...
L'Invar 36 in barre, noto anche come Nilo 36, Alloy 36, e designato come UNS K93600 (grado normale) e K93601 (grado per la lavorazione libera), con numero di materiale W.Nr. 1.3912, è una lega di nichel e ferro famosa per il suo coefficiente di espansione termica (CTE) estremamente basso a temperatura ambiente e dintorni. Questa forma di barra è un materiale fondamentale per la lavorazione di componenti in cui la stabilità dimensionale a temperature variabili è fondamentale, come ad esempio negli strumenti di precisione, nei sistemi ottici, nei dispositivi scientifici e nelle strutture aerospaziali.
L'Invar 36 è la lega “a bassa dilatazione” originale e più diffusa. La sua proprietà unica deriva da uno specifico contenuto di nichel (circa 36%) che contrasta la normale espansione termica del ferro, determinando una variazione dimensionale minima in un intervallo di temperatura definito (tipicamente da -50 °C a 100 °C). Il materiale in barre è essenziale per la produzione di componenti di precisione quali telai per cavità laser, nastri per rilievi geodetici, pendoli per orologi, stampi per la polimerizzazione di materiali compositi e componenti per apparecchiature criogeniche.
La caratteristica di espansione prossima allo zero della barra Invar 36 è ottenuta grazie al controllo preciso del bilanciamento tra nichel e ferro. Fornita da Shanghai NC Metal Materials Co., Ltd., la barra rispetta le specifiche che garantiscono un comportamento termico prevedibile.
| Elemento | Percentuale (%) - Gamma tipica | Funzione primaria nella lega |
|---|---|---|
| Ferro (Fe) | Equilibrio | Elemento base della matrice di lega. |
| Nichel (Ni) | 35.0 - 37.0 | Elemento critico. A questa specifica concentrazione, induce l'effetto Invar, minimizzando il coefficiente di espansione termica della matrice di ferro. |
| Carbonio (C) | 0,10 max | Elemento residuo; mantenuto basso per mantenere la duttilità e la stabilità termica. |
| Manganese (Mn) | 0,50 max | Elemento residuo, disossidante. |
| Silicio (Si) | 0,30 max | Elemento residuo. |
| Cobalto (Co) | 0,50 max | Elemento residuo. |
| Fosforo (P) | 0,025 max | Controllo delle impurità. |
| Zolfo (S) | 0,025 max | Controllo delle impurità. Nel grado per la lavorazione libera (UNS K93601), lo zolfo è aumentato a ~0,25% per migliorare la lavorabilità. |
Il valore dell'Invar 36 bar risiede nella sua stabilità termica, non nell'elevata resistenza. Le sue proprietà meccaniche sono sufficienti per applicazioni strutturali in ambienti stabili.
| Proprietà | Valore tipico / Caratteristica | Condizioni / Note |
|---|---|---|
| Coefficiente medio di espansione termica (CTE) | ≈ 1,3 x 10^-6 /°C | Nell'intervallo 20°C - 100°C (68°F - 212°F). Questo valore è circa 1/10 di quello dell'acciaio al carbonio. |
| Espansione Minima | Il CTE è molto basso e stabile a temperatura ambiente. | La curva di espansione è parabolica con un minimo vicino alla temperatura ambiente. |
| Resistenza alla trazione | 450 – 550 MPa (65 – 80 ksi) | Condizione di ricottura |
| Resistenza allo snervamento (offset 0,2%) | 240 – 340 MPa (35 – 49 ksi) | Condizione di ricottura |
| Allungamento | ≥ 30% | Condizione di ricottura |
| Modulo di elasticità (modulo di Young) | ≈ 145 GPa (21 x 10^6 psi) | A temperatura ambiente |
| Densità | 8,10 g/cm³ (0,292 lb/in³) | – |
| Temperatura di Curie | ≈ 280°C (535°F) | Al di sopra di questa temperatura, la lega perde le sue proprietà ferromagnetiche e la caratteristica di bassa espansione. |
| Conduttività termica | 10,5 W/m-K | A 20°C |
Shanghai NC Metal Materials Co., Ltd. fornisce barre di Invar 36 in varie forme, adatte ad applicazioni di ingegneria di precisione.
| Forma del prodotto | Gamma di dimensioni standard | Specifiche standard fondamentali | Condizioni di fornitura comuni |
|---|---|---|---|
| Barre tonde (trafilate a freddo/forgiate) | Da 3 mm (0,125″) a 200 mm (8″) di diametro | ASTM F1684 (UNS K93600/K93601), AMS 7721, DIN 17470 (W.Nr. 1.3912) | Ricotto, alleggerito, trafilato a freddo e alleggerito. |
| Barra quadrata | Da 5 a 100 mm di larghezza | ASTM F1684, Specifiche del cliente | Ricotto |
| Barra rettificata e lucidata | Diametro da 2 mm a 80 mm | Per strumentazione di alta precisione e supporti ottici | Rettificato di precisione, con sollecitazione |
| Billet di forgiatura | Diametro da 100 a 350 mm | Per componenti aerospaziali o stampi di grandi dimensioni | Come forgiato, ricotto |
I componenti lavorati in barra Invar 36 sono indispensabili nelle applicazioni che richiedono invarianza dimensionale: Aerospaziale e satelliti: Telai strutturali, supporti per guide d'onda e banchi ottici per satelliti e telescopi spaziali in cui i cicli di temperatura sono severi. Strumentazione di precisione: Cornici per sistemi laser, interferometri, sismografi e blocchi di misura di precisione. Stampaggio e utensili: Stampi per la polimerizzazione di parti in composito aerospaziale (ad esempio, fibra di carbonio), dove la stabilità dimensionale garantisce la precisione del pezzo. Ingegneria criogenica: Componenti per apparecchiature LNG e criostati scientifici. Telecomunicazioni: Componenti di precisione per sistemi a microonde e a radiofrequenza. Rilevamento geodetico: Norme di lunghezza e nastri utilizzati per la misurazione di terreni di alta precisione.
L'Invar 36 standard (UNS K93600) ha una discreta lavorabilità, simile a quella dell'acciaio a basso tenore di carbonio, ma è gommoso e può incrudirsi. Per migliorare la lavorabilità, è disponibile il grado per la lavorazione libera (UNS K93601) con aggiunta di zolfo. Le raccomandazioni per la lavorazione includono: l'uso di utensili in metallo duro affilati e con tagliente positivo; velocità e avanzamenti moderati; un'abbondante quantità di refrigerante per prevenire l'indurimento e rimuovere i trucioli. Si consiglia di alleviare le tensioni dopo la lavorazione grezza e prima della finitura per ridurre al minimo la distorsione e garantire la stabilità dimensionale, poiché le tensioni residue possono influire sulle proprietà di bassa espansione.
L'Invar 36 viene solitamente fornito allo stato ricotto per garantire una stabilità dimensionale ottimale. Il ciclo di ricottura raccomandato prevede il riscaldamento a 830-850 °C (1525-1560 °F) in atmosfera protettiva, la mantenimento della temperatura, il raffreddamento in forno fino a una temperatura inferiore a 300 °C (570 °F) e infine il raffreddamento all’aria. Questo processo allevia le tensioni e omogeneizza la struttura. Per ottenere la massima stabilità, dopo la lavorazione finale è possibile eseguire un trattamento termico di stabilizzazione (invecchiamento) a 95-150 °C (200-300 °F) per un periodo prolungato, al fine di alleviare le microtensioni e garantire la stabilità dimensionale del componente durante l’uso.
L'Invar 36 può essere saldato utilizzando la saldatura ad arco con tungsteno a gas (GTAW/TIG) e la saldatura ad arco con metalli gassosi (GMAW/MIG) con un metallo d'apporto adeguato (ad esempio, ERNiCrFe-7 o un riempitivo dedicato all'Invar). Tuttavia, la saldatura introduce calore e sollecitazioni localizzate significative, che possono distorcere il componente e alterare le proprietà a bassa espansione nella zona termicamente alterata (ZTA). Pertanto, la saldatura è generalmente evitata per i componenti di precisione. Se la saldatura è necessaria, sono richiesti una ricottura completa post-saldatura e un trattamento termico di ristabilizzazione, che spesso non sono praticabili. I metodi di giunzione preferiti sono il fissaggio meccanico o l'incollaggio.
Il prezzo delle barre di Invar 36 di Shanghai NC Metal Materials Co., Ltd. è determinato dall'elevato contenuto di nichel, dalla lavorazione specializzata per garantire la stabilità e dal mercato di nicchia delle applicazioni.
| Fattore prezzo | Impatto sul prezzo di riferimento | Guida all'approvvigionamento |
|---|---|---|
| Alto contenuto di nichel | Il contenuto di nichel della 36% è il principale fattore di costo, che lega il prezzo al mercato del nichel. | L'Invar è un materiale funzionale speciale. Il suo costo è giustificato dalle prestazioni richieste (stabilità dimensionale) che nessun altro materiale comune è in grado di fornire. |
| Selezione del grado | Il grado per lavorazione libera (UNS K93601) può avere un piccolo sovrapprezzo rispetto al grado standard (K93600) a causa della lavorazione aggiuntiva per il controllo dello zolfo. | Scegliere il grado di lavorazione libera per i pezzi complessi per ridurre i tempi e i costi di lavorazione, che possono compensare il prezzo più elevato del materiale. |
| Condizione e tolleranza | Le barre rettificate di precisione e sottoposte a distensione sono molto più costose di quelle laminate a caldo o trafilate a freddo. Anche le strette tolleranze dimensionali aumentano i costi. | Ordinate barre standard trafilate a freddo per la lavorazione generale e, se possibile, eseguite la distensione interna. Scegliere barre rettificate di precisione solo se la finitura superficiale o la tolleranza sono critiche per il pezzo finale. |
| Certificazione e test | I requisiti per i dati certificati di espansione termica (test CTE secondo ASTM E228), i test di permeabilità magnetica o il materiale per il settore aerospaziale (AMS 7721) aumentano il costo. | Per la maggior parte delle applicazioni, la certificazione standard secondo ASTM F1684 è sufficiente. Per il settore aerospaziale o per gli strumenti scientifici di alta precisione, è necessario specificare in anticipo i test e le certificazioni richieste (ad esempio, il rapporto CTE). |
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