Hệ số giãn nở nhiệt của Invar 36 rất thấp so với hầu hết các kim loại kỹ thuật. Ở nhiệt độ phòng, Invar 36 thường có hệ số giãn nở nhiệt trung bình khoảng 1,2 đến 1,6 ppm/°C, tùy thuộc vào trạng thái vật liệu, dải nhiệt độ, xử lý nhiệt và phương pháp thử nghiệm. Độ giãn nở nhiệt cực thấp này là lý do chính khiến Invar 36, còn được gọi là UNS K93600, W.Nr. 1.3912, FeNi36 và Ni36, được sử dụng rộng rãi cho các dụng cụ chính xác, khuôn composite hàng không vũ trụ, thước đo, khung kính quang học, thiết bị khoa học, thiết bị đông lạnh và các bộ phận yêu cầu kích thước ổn định trong quá trình thay đổi nhiệt độ. Tuy nhiên, Invar 36 không có hệ số giãn nở giống nhau ở mọi nhiệt độ. Độ giãn nở nhiệt của nó vẫn rất thấp ở gần nhiệt độ phòng và trong nhiều ứng dụng từ nhiệt độ đông lạnh đến nhiệt độ vừa phải, nhưng tốc độ giãn nở tăng lên khi nhiệt độ tăng, đặc biệt là trên phạm vi giãn nở thấp bình thường.
Invar 36 là một hợp kim niken-sắt có độ giãn nở nhiệt được kiểm soát, được thiết kế cho các ứng dụng đòi hỏi phải giảm thiểu sự thay đổi kích thước. Đặc tính quan trọng nhất của nó không phải là độ bền cao, độ cứng cao hay khả năng chống ăn mòn mạnh. Ưu điểm chính của nó là độ giãn nở nhiệt cực thấp. Khi nhiệt độ thay đổi, các kim loại thông thường sẽ giãn nở hoặc co lại. Invar 36 giãn nở ít hơn nhiều, do đó chi tiết thành phẩm có thể duy trì kích thước ổn định hơn.
Đặc tính này đặc biệt có giá trị trong lĩnh vực cơ khí chính xác. Một thanh đo dài, khuôn composite, khung kính quang học hoặc giá đỡ dụng cụ khoa học có thể bị mất độ chính xác nếu vật liệu giãn nở quá nhiều khi nhiệt độ thay đổi. Invar 36 giúp giảm thiểu vấn đề này nhờ có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn nhiều so với thép carbon, thép không gỉ, hợp kim nhôm, hợp kim đồng và nhiều loại hợp kim niken thông dụng.
| Mặt hàng | Thông tin về hệ số giãn nở nhiệt của Invar 36 |
|---|---|
| Loại vật liệu | Hợp kim niken-sắt có độ giãn nở được kiểm soát |
| Tên các cấp học chính | Invar 36, Hợp kim 36, FeNi36, Ni36 |
| Số UNS | UNS K93600 |
| Số W. | 1.3912 |
| Đặc điểm chính về cấu trúc | Khoảng 36% niken, phần còn lại là sắt |
| Tính năng chính | Hệ số giãn nở nhiệt rất thấp |
| Tham chiếu hệ số giãn nở nhiệt (CTE) tiêu chuẩn ở nhiệt độ phòng | Khoảng 1,2 đến 1,6 ppm/°C, tùy thuộc vào điều kiện và dải nhiệt độ |
Câu trả lời trực tiếp là: hệ số giãn nở nhiệt của Invar 36 thường dao động trong khoảng 1,2 đến 1,6 × 10⁻⁶ /°C ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng, thường được viết là 1,2 đến 1,6 ppm/°C hoặc 1,2 đến 1,6 µm/m·°C. Giá trị này có thể thay đổi tùy thuộc vào dải nhiệt độ thử nghiệm, điều kiện xử lý nhiệt, gia công nguội, thành phần hóa học và dạng sản phẩm.
Trong thực tiễn kỹ thuật, người mua không nên coi một giá trị hệ số giãn nở nhiệt (CTE) là áp dụng chung cho mọi thanh, tấm hoặc chi tiết gia công từ Invar 36. Hệ số giãn nở nhiệt được đo trong khoảng nhiệt độ từ 20°C đến 100°C có thể khác với hệ số được đo trong khoảng từ 20°C đến 200°C hoặc từ nhiệt độ siêu lạnh đến nhiệt độ phòng. Do đó, cách chính xác để chỉ định hệ số giãn nở nhiệt của Invar 36 là xác định phạm vi nhiệt độ, điều kiện vật liệu và liệu có yêu cầu báo cáo thử nghiệm CTE hay không.
| Phạm vi nhiệt độ | Giá trị CTE trung bình điển hình | Ý nghĩa thực tiễn |
|---|---|---|
| Từ nhiệt độ phòng đến 100°C | Khoảng 1,2 – 1,6 ppm/°C | Độ ổn định kích thước tuyệt vời cho các chi tiết chính xác |
| Nhiệt độ phòng đến 200°C | Vẫn còn thấp, nhưng cao hơn mức 100°C | Phù hợp với nhiều loại dụng cụ chính xác, nhưng cần tính toán độ giãn nở |
| Từ nhiệt độ siêu lạnh đến nhiệt độ phòng | Đặc tính giãn nở thấp | Phù hợp cho LNG, các cấu trúc chịu nhiệt độ cực thấp và thiết bị khoa học |
| Trên 200°C | Tốc độ mở rộng tăng rõ rệt hơn | Cần kiểm tra kỹ lưỡng dữ liệu CTE trước khi lựa chọn vật liệu |
Invar 36 thường được gọi là UNS K93600 và W.Nr. 1.3912. Các ký hiệu này rất quan trọng vì các hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt được kiểm soát dễ bị nhầm lẫn với nhau. Invar 36, Kovar, Super Invar, Alloy 42 và các hợp kim Fe-Ni hoặc Fe-Ni-Co khác có thể trông giống nhau khi ở dạng thanh hoặc tấm, nhưng hệ số giãn nở nhiệt và phạm vi ứng dụng của chúng lại khác nhau.
Khi mua thanh tròn, thanh dẹt, tấm hoặc phôi gia công chính xác làm từ Invar 36, chứng chỉ vật liệu phải ghi rõ tên loại và ký hiệu chính xác. Đối với khách hàng quốc tế, mã UNS K93600 đặc biệt hữu ích vì nó giúp xác định rõ nguồn gốc vật liệu giữa các nhà cung cấp và quốc gia khác nhau.
| Chức danh | Ý nghĩa | Lưu ý khi mua hàng |
|---|---|---|
| Invar 36 | Tên thương mại thông dụng | Được sử dụng rộng rãi trong bản vẽ kỹ thuật và tài liệu mua hàng |
| Hợp kim 36 | Tên chung của hợp kim | Thường được các nhà cung cấp và cổ đông sử dụng |
| UNS K93600 | Mã định danh vật liệu thống nhất | Hữu ích cho việc xác nhận vật liệu quốc tế |
| Số hiệu: 1.3912 | Mã vật liệu châu Âu | Thường thấy trong các bản vẽ và chứng chỉ của châu Âu |
| FeNi36 / Ni36 | Ký hiệu hợp kim sắt-niken | Cho biết hàm lượng niken khoảng 36% |
Nếu một dự án yêu cầu tính năng giãn nở nhiệt của Invar 36, không nên thay thế bằng hợp kim giãn nở thấp khác mà không có sự chấp thuận của bộ phận kỹ thuật. Kovar có thể phù hợp hơn cho việc hàn kín giữa thủy tinh và kim loại, trong khi Super Invar có thể có hệ số giãn nở thấp hơn ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng nhưng lại có dải nhiệt độ ứng dụng hẹp hơn. Việc xác định chính xác vật liệu là bước đầu tiên trước khi kiểm tra hệ số giãn nở nhiệt.
Invar 36 có hệ số giãn nở nhiệt cực thấp nhờ thành phần sắt-niken đặc biệt. Hợp kim này chứa khoảng 36% niken và phần còn lại là sắt. Với thành phần này, vật liệu thể hiện hiệu ứng Invar nổi tiếng, trong đó hiện tượng giãn nở nhiệt thông thường bị giảm đáng kể do các đặc tính từ tính và cấu trúc nguyên tử của hệ hợp kim Fe-Ni.
Hầu hết các kim loại đều giãn nở khi nhiệt độ tăng do các nguyên tử dao động mạnh hơn và khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể tăng lên. Invar 36 lại có hành vi khác biệt trong một dải nhiệt độ hữu ích. Tính chất từ tính bên trong của nó bù đắp một phần sự giãn nở nhiệt thông thường, dẫn đến sự thay đổi kích thước ở mức thấp bất thường.
Hàm lượng niken là yếu tố then chốt. Nếu hàm lượng niken chênh lệch đáng kể so với phạm vi quy định, hiệu ứng Invar có thể bị suy giảm. Đó là lý do tại sao việc kiểm soát thành phần hóa học là vô cùng quan trọng. Invar 36 không chỉ đơn thuần là “sắt cộng niken”. Loại hợp kim này phải có tỷ lệ niken-sắt chính xác để đạt được đặc tính giãn nở nhiệt thấp như mong đợi.
Hệ số giãn nở nhiệt cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các nguyên tố dư, gia công nguội, ủ, giảm ứng suất và lịch sử nhiệt. Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, người mua không chỉ nên kiểm tra tên loại thép mà còn cần xác minh thành phần hóa học, điều kiện xử lý nhiệt và dữ liệu thử nghiệm CTE (hệ số giãn nở nhiệt) nếu cần thiết.
| Yếu tố | Ảnh hưởng đến sự giãn nở nhiệt |
|---|---|
| 36% Hàm lượng niken | Tạo ra đặc tính giãn nở thấp cơ bản của Invar |
| Cân bằng sắt | Tạo thành ma trận giãn nở được điều khiển bởi Fe-Ni |
| Các nguyên tố dư | Có thể ảnh hưởng đến tính nhất quán và hành vi giãn nở |
| Gia công nguội | Có thể thay đổi ứng suất bên trong và tác động nhẹ đến hành vi giãn nở |
| Ủ / Lão hóa | Có thể cải thiện độ ổn định khi giãn nở trong các dải nhiệt độ nhất định |
Ở nhiệt độ phòng và các dải nhiệt độ gần nhiệt độ phòng, Invar 36 thể hiện tính năng giãn nở thấp hữu ích nhất. Dải tham chiếu thông thường là khoảng 1,2 đến 1,6 ppm/°C từ nhiệt độ phòng đến khoảng 100°C, mặc dù các giá trị thực tế có thể thay đổi tùy theo thông số kỹ thuật và tình trạng vật liệu.
Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) thấp ở nhiệt độ phòng khiến Invar 36 trở thành vật liệu lý tưởng cho các dụng cụ đo lường, khung kính quang học, thiết bị phòng thí nghiệm, thanh đo chính xác, thiết bị hiệu chuẩn, cũng như các bộ phận được sử dụng trong xưởng sản xuất hoặc phòng thí nghiệm – những nơi nhiệt độ có thể thay đổi nhưng độ chính xác về kích thước phải được duy trì ổn định.
| Giá trị CTE | Đơn vị tương đương | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| 1,2 × 10⁻⁶ /°C | 1,2 ppm/°C | Độ giãn nở cực thấp, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao |
| 1,6 × 10⁻⁶ /°C | 1,6 µm/m·°C | Vẫn còn rất thấp so với thép và nhôm |
| 10 – 17 × 10⁻⁶ /°C | Phạm vi thông dụng cho nhiều loại thép và thép không gỉ | Độ giãn nở cao hơn nhiều so với Invar 36 |
Nếu một thanh Invar 36 dài 1 mét có hệ số giãn nở nhiệt (CTE) là 1,5 µm/m·°C, thì sự thay đổi nhiệt độ 10°C sẽ gây ra sự thay đổi chiều dài khoảng 15 µm. Trong cùng điều kiện đó, một thanh thép carbon có thể giãn nở gấp nhiều lần. Đây chính là lý do tại sao Invar 36 được sử dụng rộng rãi trong các khung máy chính xác và các bộ phận đo lường.
Hệ số giãn nở nhiệt của Invar 36 thay đổi theo nhiệt độ. Giá trị này vẫn ở mức rất thấp trong dải nhiệt độ bình thường có độ giãn nở thấp, nhưng sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng. Trong thiết kế kỹ thuật, cần phải xác định rõ khoảng nhiệt độ. Giá trị CTE trong khoảng từ 20°C đến 100°C không giống với giá trị CTE trong khoảng từ 20°C đến 300°C.
| Phạm vi nhiệt độ | Hành vi CTE trung bình điển hình | Hướng dẫn sử dụng |
|---|---|---|
| -200°C đến nhiệt độ phòng | Đặc tính giãn nở thấp | Thích hợp cho các thiết bị làm lạnh sâu và LNG |
| -100°C đến nhiệt độ phòng | Độ giãn nở rất thấp | Phù hợp với các thiết bị khoa học và các bộ phận chính xác dùng trong môi trường nhiệt độ thấp |
| 20°C đến 100°C | Khoảng 1,2 – 1,6 ppm/°C theo nhiều tài liệu tham khảo | Rất phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác ở nhiệt độ phòng |
| 20°C đến 200°C | Thấp nhưng đang tăng | Khi tính toán độ giãn nở, cần tuân thủ các dung sai chặt chẽ |
| Từ 20°C đến 300°C | Sự mở rộng đang gia tăng rõ rệt | Kiểm tra xem Invar 36 có còn đáp ứng được độ chính xác thiết kế hay không |
| Trên 300°C | Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) cao hơn nhiều so với nhiệt độ phòng | Có thể cần phải sử dụng các hợp kim khác hoặc tiến hành phân tích nhiệt chi tiết |
Nếu người mua chỉ yêu cầu “Invar 36 có hệ số giãn nở nhiệt (CTE) thấp”, nhà cung cấp có thể cung cấp dữ liệu vật liệu tiêu chuẩn. Tuy nhiên, nếu ứng dụng liên quan đến dụng cụ chế tạo hàng không vũ trụ, định vị quang học, lắp ráp thiết bị nhiệt độ cực thấp hoặc thiết bị đo lường, phạm vi CTE chính xác có thể là yếu tố quan trọng. Thông số kỹ thuật rõ ràng cần nêu rõ phạm vi nhiệt độ, chẳng hạn như từ 20°C đến 100°C hoặc từ 20°C đến 200°C.
Hệ số giãn nở nhiệt thường được biểu thị bằng các đơn vị khác nhau. Đối với Invar 36, người mua có thể thấy các đơn vị như ppm/°C, µm/m·°C, ×10⁻⁶/°C hoặc ×10⁻⁶/K. Các đơn vị này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau và thường tương đương về mặt số liệu trong các ứng dụng kỹ thuật thực tế.
| Đơn vị | Ý nghĩa | Ví dụ |
|---|---|---|
| ppm/°C | Phần triệu trên mỗi độ C | 1,5 ppm/°C có nghĩa là 1,5 phần triệu sự thay đổi chiều dài trên mỗi độ C |
| µm/m·°C | Micromet trên mét trên độ C | 1,5 µm/m·°C có nghĩa là mỗi mét thay đổi 1,5 µm cho mỗi độ C |
| ×10⁻⁶/°C | Ký hiệu khoa học cho hệ số giãn nở | 1,5 × 10⁻⁶/°C bằng 1,5 ppm/°C |
| ×10⁻⁶/K | Sự thay đổi nhiệt độ theo độ Kelvin | Đối với các khoảng nhiệt độ, sự thay đổi 1 K tương đương với sự thay đổi 1°C |
Trong các bảng dữ liệu vật liệu thực tế, 1 ppm/°C tương đương với 1 µm/m·°C và tương đương với 1 × 10⁻⁶/°C. Do đó, nếu bảng thông số kỹ thuật của Invar 36 ghi là 1,5 × 10⁻⁶/°C, người mua cũng có thể hiểu đó là 1,5 ppm/°C hoặc 1,5 µm/m·°C.
Invar 36 có đặc tính giãn nở thấp rất hữu ích trong khoảng nhiệt độ từ nhiệt độ siêu lạnh đến nhiệt độ trung bình. Chính vì vậy, hợp kim này không chỉ được sử dụng trong các thiết bị đo lường chính xác ở nhiệt độ phòng, mà còn trong các hệ thống LNG, thiết bị khoa học nhiệt độ thấp, giá đỡ siêu lạnh và các hệ thống hàng không vũ trụ phải chịu tác động của điều kiện nhiệt độ thấp.
Ở nhiệt độ siêu lạnh, nhiều vật liệu co lại đáng kể và có thể trở nên giòn. Invar 36 có độ co ngót thấp và độ dẻo dai tốt, nhờ đó rất hữu ích cho các bộ phận hoạt động trong môi trường lạnh. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống LNG, vận chuyển khí hóa lỏng, thiết bị đo lường nhiệt độ thấp và thiết bị khoa học.
Ở nhiệt độ trung bình, Invar 36 vẫn có hệ số giãn nở thấp hơn so với hầu hết các kim loại kỹ thuật thông dụng. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên, hệ số giãn nở của nó cũng tăng theo. Đối với các ứng dụng ở nhiệt độ gần 200°C hoặc cao hơn, người thiết kế nên tham khảo kỹ lưỡng dữ liệu về giãn nở nhiệt trước khi đưa ra quyết định lựa chọn cuối cùng.
| Phạm vi nhiệt độ hoạt động | Tính phù hợp của Invar 36 | Ghi chú kỹ thuật |
|---|---|---|
| Từ nhiệt độ siêu lạnh đến nhiệt độ phòng | Rất phù hợp | Độ co ngót thấp và độ dẻo dai cao là những đặc tính quý giá |
| Nhiệt độ phòng đến 100°C | Tuyệt vời | Dải sản phẩm phù hợp nhất cho nhiều ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao |
| Nhiệt độ phòng đến 200°C | Phù hợp với nhiều kiểu dáng | Phải tính toán CTE đối với các dung sai chặt chẽ |
| Trên 200°C | Cần xem xét kỹ lưỡng | Sự giãn nở gia tăng và có thể làm giảm lợi ích của Invar 36 |
Hàm lượng niken có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số giãn nở nhiệt của Invar 36. Hợp kim này được thiết kế với hàm lượng niken khoảng 36,1% vì thành phần này tạo ra đặc tính giãn nở thấp, được gọi là hiệu ứng Invar. Nếu hàm lượng niken thay đổi quá nhiều, hệ số giãn nở có thể thay đổi và vật liệu có thể không còn hoạt động như mong đợi.
Phạm vi thành phần phổ biến của Invar 36 là khoảng 35% đến 37% niken, phần còn lại là sắt. Phạm vi này cần được kiểm tra trong Báo cáo Kiểm định Vật liệu (MTC). Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, việc xác minh thành phần là rất quan trọng vì tính chất giãn nở nhiệt phụ thuộc vào tỷ lệ Fe-Ni chính xác.
Mặc dù niken và sắt là các nguyên tố chính, nhưng các nguyên tố phụ như carbon, mangan, silic, lưu huỳnh, phốt pho, coban và crom cũng có thể ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu. Các nguyên tố này phải nằm trong phạm vi tiêu chuẩn quy định. Đối với các ứng dụng yêu cầu độ giãn nở nhiệt (CTE) nghiêm ngặt, người mua có thể yêu cầu thực hiện các thử nghiệm bổ sung thay vì chỉ dựa vào thành phần hóa học.
| Thành phần | Yêu cầu tiêu chuẩn | Ảnh hưởng đến sự giãn nở nhiệt |
|---|---|---|
| Niken | Giới thiệu về 35% – 37% | Yếu tố chính dẫn đến hiện tượng giãn nở thấp |
| Sắt | Cân bằng | Tạo thành ma trận giãn nở được điều khiển bởi Fe-Ni |
| Coban | Giá trị dư được kiểm soát hoặc giới hạn quy định | Có thể ảnh hưởng đến sự giãn nở và tính chất từ tính |
| Cacbon và tạp chất | Mức độ thấp được kiểm soát | Giúp duy trì tính nhất quán của nguyên liệu và chất lượng gia công |
Quá trình xử lý nhiệt và tình trạng vật liệu có thể ảnh hưởng đến độ ổn định giãn nở của Invar 36. Các quá trình như ủ, xả ứng suất, gia công nguội, lão hóa nhân tạo và lịch sử nhiệt có thể làm thay đổi ứng suất bên trong và cấu trúc vi mô. Đối với các chi tiết có độ chính xác cao, điều này có thể ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước cuối cùng.
Thanh hoặc tấm Invar 36 đã qua xử lý ủ thường có độ dẻo cao hơn và ứng suất dư thấp hơn. Điều này rất hữu ích trong gia công chính xác, sản xuất khuôn mẫu, dụng cụ đo lường và các bộ phận quang học. Nếu chi tiết cần đảm bảo độ chính xác cao về kích thước, vật liệu đã qua xử lý ủ hoặc giảm ứng suất thường được ưu tiên sử dụng.
Quá trình kéo nguội hoặc gia công nguội có thể giúp tăng cường độ và cải thiện độ chính xác kích thước, nhưng cũng có thể gây ra ứng suất dư. Một số trạng thái sau khi gia công nguội có thể làm giảm nhẹ hệ số giãn nở, nhưng trạng thái này có thể không duy trì được sự ổn định ở nhiệt độ cao. Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, quá trình gia công nguội cần được kiểm soát cẩn thận.
Các chi tiết Invar 36 có kích thước lớn hoặc yêu cầu độ chính xác cao có thể bị dịch chuyển trong quá trình gia công nếu ứng suất bên trong được giải phóng. Quy trình thông thường bao gồm gia công thô, xả ứng suất, sau đó là gia công hoàn thiện. Điều này giúp nâng cao độ ổn định kích thước của chi tiết thành phẩm.
| Điều kiện / Quy trình | Ảnh hưởng đến độ ổn định khi mở rộng | Lời khuyên thiết thực |
|---|---|---|
| Nung mềm | Giảm ứng suất dư và tăng độ ổn định | Được ưa chuộng trong gia công chính xác |
| Ép nguội | Khả năng chịu lực tốt hơn nhưng có thể còn lại ứng suất dư | Hãy cân nhắc việc giảm căng thẳng để đảm bảo độ chính xác |
| Giảm căng thẳng | Tăng cường độ ổn định kích thước sau khi gia công | Rất hữu ích cho khuôn mẫu, khung và các bộ phận đo lường |
| Lão hóa nhân tạo | Có thể ổn định độ giãn nở trong các khoảng nhất định | Chỉ sử dụng khi có yêu cầu trong thông số kỹ thuật |
Thanh tròn và tấm Invar 36 đều được sử dụng nhờ tính ổn định kích thước, nhưng yêu cầu gia công của chúng có thể khác nhau. Thanh tròn thường được gia công thành các loại thanh, trục, chốt, miếng đệm, giá đỡ và các chi tiết cơ khí chính xác. Tấm Invar 36 thường được sử dụng để chế tạo dụng cụ composite, đế khuôn, khung, tấm panel và các kết cấu phẳng chính xác.
Thanh tròn Invar 36 thích hợp để chế tạo trục chính xác, thước đo, chốt dẫn hướng, miếng đệm và các chi tiết gia công hình trụ. Đối với các ứng dụng này, dung sai đường kính, độ thẳng, độ nhám bề mặt và ứng suất bên trong là những yếu tố quan trọng. Thanh tròn được mài chính xác có thể giúp giảm thời gian gia công và nâng cao độ chính xác của sản phẩm thành phẩm.
Tấm Invar 36 thường được sử dụng để chế tạo khuôn composite trong ngành hàng không vũ trụ, tấm khuôn, khung và các kết cấu chính xác cỡ lớn. Đối với các ứng dụng tấm, độ phẳng, ứng suất dư, dung sai độ dày và quá trình giảm ứng suất là những yếu tố quan trọng. Các tấm có kích thước lớn có thể cần một quy trình gia công cẩn thận để tránh biến dạng.
| Hình thức sản phẩm | Mối lo ngại chính về tính ổn định | Phương pháp điều khiển chung |
|---|---|---|
| Thanh tròn | Độ thẳng, dung sai đường kính, ứng suất gia công | Sử dụng thanh thép đã ủ, đã bóc vỏ hoặc đã xay nhuyễn tùy theo yêu cầu |
| Tấm | Độ phẳng, ứng suất dư, dung sai độ dày | Áp dụng các biện pháp giảm ứng suất và quy trình gia công có kiểm soát |
| Khối rèn | Áp lực bên trong và tính đồng nhất | Áp dụng xử lý nhiệt và kiểm tra |
| Sản phẩm hoàn thiện | Sự thay đổi kích thước cuối cùng | Gia công thô, xả ứng suất, sau đó gia công hoàn thiện |
Invar 36 có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn nhiều so với thép không gỉ và thép cacbon. Sự khác biệt này chính là lý do chính khiến Invar 36 được sử dụng cho các bộ phận chính xác, nơi mà thép thông thường sẽ giãn nở quá nhiều.
| Chất liệu | Phạm vi CTE điển hình ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng | So sánh với Invar 36 |
|---|---|---|
| Invar 36 | Khoảng 1,2 – 1,6 ppm/°C | Độ giãn nở rất thấp |
| Thép cacbon | Khoảng 11 – 13 ppm/°C | Gấp nhiều lần so với Invar 36 |
| Thép không gỉ 304 | Khoảng 16 – 17 ppm/°C | Độ giãn nở cao hơn nhiều so với Invar 36 |
| Thép không gỉ 316 | Khoảng 15–16 ppm/°C | Độ giãn nở cao hơn nhiều so với Invar 36 |
| Hợp kim nhôm | Khoảng 22 – 24 ppm/°C | Độ giãn nở rất cao so với Invar 36 |
Nếu sử dụng khung nhôm hoặc thép không gỉ trong hệ thống quang học chính xác, sự thay đổi nhiệt độ có thể làm lệch vị trí căn chỉnh. Nếu sử dụng khung Invar 36, sự biến đổi kích thước sẽ nhỏ hơn nhiều. Đó là lý do tại sao Invar 36 thường được lựa chọn mặc dù nó đắt hơn và nặng hơn so với nhiều loại kim loại thông dụng khác.
Invar 36, Kovar và Super Invar đều là các hợp kim có độ giãn nở nhiệt được kiểm soát, nhưng chúng không được sử dụng cho cùng một mục đích. Tính chất giãn nở nhiệt và nguyên lý ứng dụng của chúng là khác nhau.
Kovar là một hợp kim giãn nở có kiểm soát thành phần sắt-niken-coban, được thiết kế chủ yếu để phù hợp với hệ số giãn nở của thủy tinh cứng và gốm sứ. Hợp kim này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như niêm phong kín khí, vỏ bọc linh kiện điện tử, niêm phong thủy tinh-kim loại, ống chân không, cảm biến và các cụm lắp ráp gốm-kim loại. Invar 36 thường được lựa chọn vì tính ổn định kích thước và hệ số giãn nở thấp nói chung, chứ không phải để niêm phong thủy tinh.
Super Invar có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn cả Invar 36 ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, Super Invar có dải nhiệt độ sử dụng hẹp hơn và có thể nhạy cảm hơn với nhiệt độ cũng như điều kiện gia công. Invar 36 được sử dụng rộng rãi hơn vì nó mang lại sự cân bằng hợp lý giữa hệ số giãn nở thấp, tính sẵn có, khả năng gia công, độ bền và dải nhiệt độ.
| Chất liệu | Hướng chính trong sáng tác | Đặc tính giãn nở nhiệt | Cách sử dụng thông thường |
|---|---|---|---|
| Invar 36 | Fe-Ni, khoảng 36% Ni | Hệ số giãn nở rất thấp trong một dải nhiệt độ rộng | Dụng cụ chính xác, khuôn mẫu, thiết bị, bộ phận làm lạnh |
| Kovar | Fe-Ni-Co | Quá trình giãn nở có kiểm soát phù hợp với thủy tinh và gốm sứ | Vỏ kín khí và vỏ bọc linh kiện điện tử |
| Siêu Invar | Hợp kim Fe-Ni-Co có hệ số giãn nở thấp | Hệ số giãn nở cực thấp ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng | Các thiết bị siêu chính xác và linh kiện đo lường |
Nên chọn Invar 36 khi yêu cầu chính là kích thước ổn định trong điều kiện dao động nhiệt độ bình thường hoặc khi sử dụng trong môi trường nhiệt độ từ siêu lạnh đến trung bình. Nên chọn Kovar khi cần độ giãn nở tương thích với thủy tinh hoặc gốm sứ. Chỉ nên chọn Super Invar khi độ giãn nở cực thấp ở gần nhiệt độ phòng được coi trọng hơn so với dải nhiệt độ rộng và tính sẵn có trên thị trường.
Invar 36 được sử dụng trong nhiều ứng dụng mà độ giãn nở nhiệt thấp là yêu cầu thiết kế chính. Loại vật liệu này không chỉ được lựa chọn vì là hợp kim niken, mà còn vì nó giúp giảm thiểu sai số kích thước, ứng suất nhiệt, sự thay đổi vị trí và độ lệch đo lường.
Các khuôn đúc composite trong ngành hàng không vũ trụ thường sử dụng hợp kim Invar 36 vì khuôn phải duy trì hình dạng chính xác trong suốt các chu kỳ gia nhiệt và làm mát. Độ giãn nở thấp giúp nâng cao độ chính xác và tính lặp lại của chi tiết composite thành phẩm.
Thước đo, khung hiệu chuẩn, các bộ phận của dụng cụ đo và thiết bị kiểm tra sử dụng hợp kim Invar 36 để giảm thiểu sai số do nhiệt độ gây ra. Điều này rất quan trọng trong lĩnh vực đo lường, thiết bị phòng thí nghiệm và sản xuất chính xác cao.
Khung kính quang học, giá đỡ laser, các bộ phận kính thiên văn và cấu trúc thiết bị sử dụng hợp kim Invar 36 để duy trì độ chính xác về vị trí. Những biến dạng nhiệt nhỏ có thể gây ra sai số quang học lớn, do đó vật liệu có hệ số giãn nở thấp là rất quan trọng.
Invar 36 được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cực thấp do có độ co ngót thấp và độ dẻo dai tốt ở nhiệt độ thấp. Vật liệu này có thể giúp giảm thiểu sự chênh lệch nhiệt trong các hệ thống lưu trữ khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), vận chuyển khí hóa lỏng và các hệ thống nhiệt độ cực thấp trong khoa học.
Khung điện tử, giá đỡ cảm biến, các bộ phận vệ tinh và thiết bị khoa học có thể sử dụng Invar 36 trong những trường hợp cần độ ổn định nhiệt. Trong các ứng dụng này, sự biến dạng kích thước có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của tín hiệu, độ chính xác của việc căn chỉnh hoặc hiệu suất lắp ráp.
| Đơn đăng ký | Lý do sử dụng Invar 36 | Chi tiết kỹ thuật quan trọng |
|---|---|---|
| Khuôn composite trong ngành hàng không vũ trụ | Độ giãn nở thấp khi gia nhiệt và làm lạnh | Dải nhiệt độ CTE, độ ổn định tấm, giảm ứng suất |
| Thước đo | Sự thay đổi chiều dài rất nhỏ | Phạm vi kiểm tra CTE, độ thẳng, mài chính xác |
| Gọng kính | Độ ổn định của sự căn chỉnh khi nhiệt độ thay đổi | Độ chính xác về kích thước và ứng suất dư thấp |
| Giá đỡ nhiệt độ cực thấp | Độ co ngót thấp và độ dẻo dai cao | Tính chất ở nhiệt độ thấp và tình trạng vật liệu |
| Các thiết bị khoa học | Giảm độ lệch nhiệt | Độ ổn định của CTE, quy trình gia công, xử lý nhiệt |
Một yêu cầu về vật liệu rõ ràng cần bao gồm: loại vật liệu, mã UNS, dạng sản phẩm, kích thước, số lượng, điều kiện giao hàng, bề mặt hoàn thiện, dung sai, yêu cầu về Giấy chứng nhận kiểm tra vật liệu (MTC) và yêu cầu về hệ số giãn nở nhiệt (CTE). Ví dụ: Thanh tròn Invar 36, UNS K93600 / W.Nr. 1.3912, đường kính 25 mm, bề mặt mài chính xác, điều kiện ủ, kèm theo MTC và thử nghiệm hệ số giãn nở nhiệt từ 20°C đến 100°C. Loại yêu cầu này giúp nhà cung cấp báo giá và cung cấp vật liệu phù hợp cho ứng dụng.
Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của Invar 36 là bao nhiêu?
Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của Invar 36 thường dao động từ khoảng 1,2 đến 1,6 ppm/°C ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng, tùy thuộc vào dải nhiệt độ, quá trình xử lý nhiệt, gia công nguội, thành phần hóa học và phương pháp thử nghiệm. Con số này thấp hơn nhiều so với thép carbon, thép không gỉ và hợp kim nhôm, chính vì vậy Invar 36 được sử dụng rộng rãi trong sản xuất dụng cụ chính xác, thước đo, khuôn mẫu, khung quang học và các ứng dụng yêu cầu độ ổn định kích thước cao.
Invar 36 có giãn nở khi gặp nhiệt không?
Đúng vậy, Invar 36 có giãn nở khi gặp nhiệt, nhưng mức độ giãn nở này thấp hơn nhiều so với hầu hết các kim loại thông thường. Đây là một hợp kim có hệ số giãn nở thấp, chứ không phải là vật liệu không giãn nở. Hệ số giãn nở của nó rất thấp ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng và vẫn phù hợp cho nhiều ứng dụng từ nhiệt độ siêu lạnh đến nhiệt độ trung bình, nhưng hệ số giãn nở sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng.
Tại sao Invar 36 lại có hệ số giãn nở thấp?
Invar 36 có hệ số giãn nở thấp do chứa khoảng 36,1% niken và phần còn lại là sắt, tạo ra hiệu ứng Fe-Ni đặc trưng của Invar. Thành phần này giúp giảm hệ số giãn nở nhiệt thông thường trong phạm vi nhiệt độ ứng dụng. Hành vi giãn nở cụ thể cũng có thể bị ảnh hưởng bởi quá trình xử lý nhiệt, gia công nguội, các nguyên tố dư và phạm vi nhiệt độ; do đó, đối với các ứng dụng quan trọng, cần xác nhận hệ số giãn nở nhiệt (CTE) thông qua thông số kỹ thuật hoặc thử nghiệm.
Xem thêm trong danh mục này
Giá của nhà sản xuất và nhà cung cấp thanh Inconel X-750 phụ thuộc vào chi phí nguyên liệu thô niken và crom, các nguyên tố tăng cường titan và nhôm, thanh...
Các nhà cung cấp thanh tròn Hastelloy C276 cung cấp thanh hợp kim niken-crom-molypden dùng trong lĩnh vực chế biến hóa chất, kỹ thuật hàng hải, kiểm soát ô nhiễm, ...
Giá cung cấp thanh Super Invar 32-5 thường cao hơn so với thanh Invar 36 tiêu chuẩn vì Super Invar 32-5 chứa cả niken và coban và được sử dụng ...
Thanh tròn Invar 36 là loại thanh hợp kim niken-sắt có độ giãn nở nhiệt được kiểm soát, được thiết kế dành cho các ứng dụng yêu cầu độ giãn nở nhiệt cực thấp, độ chính xác kích thước tuyệt vời...
English English 
Korean
Arabic
Spanish
German
Portuguese
French
Russian
Italian
Vietnamese
