Invar 36 và Invar 42 đều là các hợp kim sắt-niken có độ giãn nở được kiểm soát, nhưng chúng được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu vận hành khác nhau. Invar 36, chứa khoảng 36,1% niken, là hợp kim có độ giãn nở thấp cổ điển, nổi tiếng với độ giãn nở nhiệt tối thiểu ở nhiệt độ gần nhiệt độ phòng. Invar 42, với hàm lượng niken khoảng 42%, có hệ số giãn nở nhiệt cao hơn một chút nhưng lại tương thích tốt hơn với một số loại gốm, chất bán dẫn và vật liệu thủy tinh được sử dụng trong các ứng dụng điện tử và làm kín. Việc nắm rõ những khác biệt cơ bản về tính năng giữa hai hợp kim này là điều cần thiết đối với các kỹ sư khi lựa chọn vật liệu cho các thiết bị đo lường chính xác, vỏ bọc điện tử hoặc linh kiện hàng không vũ trụ. Bài viết này trình bày một so sánh toàn diện về các tính chất vật lý, cơ học và nhiệt của chúng, tập trung vào cách các đặc tính này ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu.
Sự khác biệt chính giữa thanh Invar 36 và Invar 42 nằm ở hàm lượng niken, yếu tố quyết định trực tiếp đến tính chất giãn nở nhiệt và các đặc tính cơ học của chúng. Invar 36 được tối ưu hóa để đạt hệ số giãn nở nhiệt thấp nhất có thể, khiến nó trở thành vật liệu được ưa chuộng cho các ứng dụng mà độ ổn định kích thước là yếu tố quan trọng hàng đầu. Invar 42, với hàm lượng niken cao hơn, có tốc độ giãn nở cao hơn một chút nhưng mang lại độ bền cao hơn và khả năng tương thích tốt hơn với một số vật liệu làm kín. Bảng dưới đây trình bày chi tiết phạm vi thành phần hóa học điển hình của cả hai hợp kim do Công ty TNHH Vật liệu Kim loại NC Thượng Hải cung cấp.
| Yếu tố | Invar 36 (wt%) | Invar 42 (wt%) |
|---|---|---|
| Niken (Ni) | 35,0 – 37,0 | 41,0 – 43,0 |
| Sắt (Fe) | Cân bằng | Cân bằng |
| Cacbon (C) | ≤ 0,05 | ≤ 0,05 |
| Mangan (Mn) | ≤ 0,60 | ≤ 0,60 |
| Silicon (Si) | ≤ 0,30 | ≤ 0,30 |
| Phốt pho (P) | ≤ 0,020 | ≤ 0,020 |
| Lưu huỳnh (S) | ≤ 0,020 | ≤ 0,020 |
Sự khác biệt về thành phần này dẫn đến các cấu trúc vi mô và đặc tính kỹ thuật riêng biệt. Invar 36 duy trì cấu trúc austenit với độ ổn định vượt trội, trong khi Invar 42, mặc dù cũng thuộc loại austenit, lại có thông số mạng tinh thể hơi khác biệt, ảnh hưởng đến hành vi nhiệt của vật liệu. Công ty TNHH Vật liệu Kim loại NC Thượng Hải cung cấp các báo cáo thử nghiệm vật liệu được chứng nhận cho cả hai loại hợp kim này, đảm bảo kiểm soát chính xác thành phần hóa học cho các ứng dụng quan trọng.
Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) là chỉ số hiệu suất quyết định khi so sánh Invar 36 và thanh Invar 42. Invar 36 nổi tiếng với hệ số giãn nở gần như bằng không ở nhiệt độ môi trường, trong khi Invar 42 được thiết kế để phù hợp với đặc tính giãn nở của các loại gốm, thủy tinh và vật liệu bán dẫn cụ thể. Bảng sau đây trình bày các giá trị CTE điển hình của cả hai hợp kim trong các dải nhiệt độ khác nhau, minh họa các lĩnh vực ứng dụng riêng biệt của chúng.
| Phạm vi nhiệt độ | Invar 36 (Hệ số giãn nở nhiệt, ×10⁻⁶ /K) | Invar 42 (Hệ số giãn nở nhiệt, ×10⁻⁶ /K) |
|---|---|---|
| 20°C – 100°C | 1,2 – 1,8 | 4,5 – 5,5 |
| 20°C – 200°C | 2,0 – 3,0 | 6,0 – 7,0 |
| 20°C – 300°C | 3,5 – 4,5 | 8,0 – 9,0 |
| 20°C – 400°C | 5,0 – 6,0 | 10,0 – 11,0 |
| Nhiệt độ Curie (khoảng) | 230°C – 280°C | 350°C – 400°C |
Dữ liệu cho thấy rõ ràng rằng Invar 36 duy trì hệ số giãn nở thấp hơn đáng kể ở nhiệt độ lên đến khoảng 200°C; sau đó, tốc độ giãn nở của nó tăng nhanh hơn khi tiếp cận nhiệt độ Curie. Invar 42, với nhiệt độ Curie cao hơn, mang lại đường cong giãn nở tuyến tính hơn trong dải nhiệt độ rộng hơn, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng như khung dẫn bán dẫn, mối hàn kính-kim loại và các gói điện tử, nơi việc khớp với độ giãn nở của vật liệu phi kim loại là điều thiết yếu.
Các tính chất cơ học của thanh Invar 36 và Invar 42 khác nhau do hàm lượng niken và các hiệu ứng tăng cường do dung dịch rắn mang lại. Nhìn chung, Invar 42 thể hiện độ bền và độ cứng cao hơn ở cả trạng thái ủ và gia công nguội, trong khi Invar 36 lại có độ dẻo vượt trội. Bảng dưới đây cung cấp so sánh song song các tính chất cơ học điển hình của cả hai hợp kim ở trạng thái ủ, đây là trạng thái cung cấp phổ biến nhất để gia công tiếp theo.
| Tính chất cơ học | Invar 36 (đã ủ) | Invar 42 (đã ủ) |
|---|---|---|
| Độ bền kéo (tối đa) | 440 – 520 MPa | 500 – 600 MPa |
| Độ bền kéo (0.2% Offset) | 240 – 280 MPa | 280 – 350 MPa |
| Độ giãn dài (trong 50 mm) | 35 – 45% | 25 – 35% |
| Độ cứng (Rockwell B) | 65 – 80 nhịp/phút | 75 – 90 nhịp/phút |
| Hệ số đàn hồi | 145 GPa | 148 GPa |
| Hệ số cứng | 55 GPa | 56 GPa |
Độ bền cao hơn của Invar 42 giúp vật liệu này có khả năng chống biến dạng dưới tải tốt hơn, mang lại lợi thế cho các bộ phận kết cấu trong các gói thiết bị điện tử cũng như các ứng dụng yêu cầu sử dụng bulông ren hoặc các bộ phận có tiết diện mỏng. Ngược lại, độ giãn dài lớn hơn của Invar 36 khiến vật liệu này phù hợp hơn cho các quy trình gia công định hình phức tạp, dập sâu và các ứng dụng đòi hỏi gia công nguội ở mức độ cao. Cả hai vật liệu đều thể hiện độ dẻo dai xuất sắc và duy trì các tính chất cơ học ở nhiệt độ siêu lạnh, với độ bền tăng lên khi nhiệt độ giảm xuống.
Các tính chất vật lý của hai loại hợp kim này, bao gồm mật độ, độ dẫn nhiệt và điện trở suất, càng làm nổi bật sự khác biệt về hiệu suất của chúng trong các ứng dụng thực tế. Mặc dù cả hai đều là hợp kim sắt-niken, nhưng hàm lượng niken khác nhau đã dẫn đến những sự khác biệt rõ rệt về các đặc tính cơ bản này. Bảng sau đây tóm tắt các tính chất vật lý chính của thanh Invar 36 và Invar 42 ở nhiệt độ phòng.
| Tính chất vật lý | Invar 36 | Invar 42 |
|---|---|---|
| Mật độ (ở 20°C) | 8,05 g/cm³ | 8,12 g/cm³ |
| Độ dẫn nhiệt (ở 20°C) | 10,5 W/m·K | 12,0 W/m·K |
| Điện trở suất (ở 20°C) | 77 µΩ·cm | 70 µΩ·cm |
| Năng lượng riêng (20°C – 100°C) | 500 J/kg·K | 480 J/kg·K |
| Phạm vi nóng chảy | 1.425°C – 1.450°C | 1.430°C – 1.460°C |
Mật độ và độ dẫn nhiệt cao hơn một chút của Invar 42 có thể mang lại lợi thế trong các ứng dụng mà việc tản nhiệt là yếu tố quan trọng, chẳng hạn như trong các gói bán dẫn công suất. Sự khác biệt về điện trở suất cũng có thể ảnh hưởng đến hiện tượng dòng điện xoáy trong các ứng dụng sử dụng dòng điện xoay chiều. Công ty TNHH Vật liệu Kim loại NC Thượng Hải. cung cấp cả hai loại hợp kim kèm theo tài liệu đầy đủ về các tính chất vật lý để hỗ trợ các hoạt động thiết kế và mô phỏng.
Cả thanh Invar 36 và Invar 42 đều có sẵn với nhiều hình dạng và kích thước đa dạng để đáp ứng các yêu cầu sản xuất khác nhau. Dung sai kích thước là yếu tố quan trọng đối với các ứng dụng đòi hỏi độ khớp chính xác và giảm thiểu việc điều chỉnh sau gia công. Bảng dưới đây trình bày các hình dạng thanh điển hình và dung sai tiêu chuẩn cho cả hai loại hợp kim, do Công ty TNHH Vật liệu Kim loại NC Thượng Hải cung cấp.
| Biểu mẫu thanh | Phạm vi đường kính / mặt cắt ngang | Phạm vi chiều dài | Dung sai tiêu chuẩn (Invar 36 & Invar 42) |
|---|---|---|---|
| Thanh tròn (gia công nguội) | 3 mm – 100 mm | 2.000 mm – 6.000 mm | h9 – h11 (ISO 286-2) |
| Thanh tròn (cán nóng) | 20 mm – 250 mm | 3.000 mm – 8.000 mm | ±0,5 mm đến ±2,0 mm |
| Thanh phẳng / Thanh hình chữ nhật | Độ dày: 5 mm – 50 mm Chiều rộng: 20 mm – 200 mm |
2.000 mm – 6.000 mm | ±0,1 mm (độ dày) ±0,5 mm (chiều rộng) |
| Thanh lục giác | Chiều rộng: 6 mm – 50 mm | 2.000 mm – 4.000 mm | h11 (ISO 286-2) |
Cả hai loại hợp kim này đều có thể được cung cấp ở trạng thái ủ, giảm ứng suất hoặc gia công nguội tùy theo yêu cầu ứng dụng. Giá tham khảo cho thanh Invar 36 và Invar 42 thay đổi tùy theo hàm lượng niken, thông số kích thước và số lượng. Thông thường, Invar 36 có thể có mức giá tham khảo trong khoảng $60–$100 mỗi kg, trong khi Invar 42, do hàm lượng niken cao hơn, có thể dao động từ $70–$110 mỗi kg. Các con số này chỉ mang tính chất tham khảo và có thể thay đổi theo biến động của thị trường.
Khả năng gia công của thanh Invar 36 và Invar 42 bị ảnh hưởng bởi các tính chất cơ học của chúng. Cả hai loại hợp kim này đều được đánh giá là có khả năng gia công ở mức khá, tương tự như thép không gỉ austenit, nhưng độ bền và độ dẻo riêng biệt của chúng đòi hỏi các thông số gia công hơi khác nhau. Bảng dưới đây cung cấp các hướng dẫn gia công chung cho cả hai loại hợp kim, dựa trên các quy trình tiêu chuẩn đối với vật liệu do Công ty TNHH Vật liệu Kim loại NC Thượng Hải cung cấp.
| Quy trình gia công | Tham số | Invar 36 (đã ủ) | Invar 42 (đã ủ) |
|---|---|---|---|
| Quay | Tốc độ cắt (m/phút) | 60 – 90 | 50 – 80 |
| Tốc độ tiến dao (mm/vòng) | 0,10 – 0,25 | 0,08 – 0,20 | |
| Phay | Tốc độ cắt (m/phút) | 50 – 80 | 40 – 70 |
| Tốc độ tiến dao (mm/răng) | 0,05 – 0,12 | 0,05 – 0,10 | |
| Khoan | Tốc độ cắt (m/phút) | 10 – 20 | 8 – 15 |
| Tốc độ tiến dao (mm/vòng) | 0,05 – 0,10 | 0,04 – 0,08 |
Do độ bền cao hơn của Invar 42, cần giảm nhẹ tốc độ cắt và tốc độ tiến dao để duy trì tuổi thọ dụng cụ và độ nhẵn bề mặt. Cả hai loại vật liệu này đều cho kết quả tốt khi sử dụng dụng cụ cắt bằng cacbua có góc nghiêng dương và sắc bén, cùng với lượng chất làm mát thích hợp để ngăn ngừa hiện tượng cứng hóa do gia công và kiểm soát sự sinh nhiệt. Đối với hàn, cả hai hợp kim đều có thể được nối bằng phương pháp hàn hồ quang vonfram khí (GTAW) với vật liệu hàn phù hợp, mặc dù cần kiểm soát cẩn thận lượng nhiệt đưa vào để duy trì các đặc tính giãn nở nhiệt của chúng.
Việc lựa chọn giữa thanh Invar 36 và Invar 42 cuối cùng phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Invar 36 được ưu tiên sử dụng khi độ giãn nở nhiệt tối thiểu là tiêu chí chính, chẳng hạn như trong các thiết bị đo lường chính xác, giá đỡ quang học và các cấu trúc hàng không vũ trụ đòi hỏi tính ổn định kích thước trong điều kiện nhiệt độ môi trường thay đổi. Invar 42 được lựa chọn khi cần phải phù hợp với độ giãn nở của gốm sứ hoặc thủy tinh, như trong đóng gói bán dẫn, các mối hàn thủy tinh-kim loại cho linh kiện điện tử và các cụm sợi quang. Bảng sau đây tóm tắt các ứng dụng điển hình cho từng loại hợp kim.
| Lĩnh vực ứng dụng | Invar 36 | Invar 42 |
|---|---|---|
| Hàng không vũ trụ & Quốc phòng | Cấu trúc vệ tinh, vỏ con quay hồi chuyển, dụng cụ gia công vật liệu composite | Vỏ thiết bị điện tử, vỏ đầu nối, các bộ phận ăng-ten |
| Điện tử & Bán dẫn | Khung dẫn (độ giãn nở thấp), khuôn bóng | Khung dẫn bán dẫn, mối hàn kính-kim loại, vỏ đóng gói kín khí |
| Thiết bị đo lường chính xác | Bàn làm việc laser, máy đo tọa độ, giá đỡ quang học | Vỏ cảm biến, trục chính xác, giá đỡ |
| Hệ thống làm lạnh sâu | Lưu trữ khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), hệ thống ống dẫn nhiệt độ cực thấp, kính thiên văn không gian | Các bộ truyền dẫn nhiệt độ cực thấp, các gói điện tử nhiệt độ thấp |
Loại hợp kim nào có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn, Invar 36 hay Invar 42?
Invar 36 có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn, với các giá trị CTE điển hình từ 1,2 – 1,8 × 10⁻⁶ /K trong khoảng nhiệt độ từ 20°C đến 100°C, so với giá trị 4,5 – 5,5 × 10⁻⁶ /K của Invar 42 trong cùng khoảng nhiệt độ đó. Điều này khiến Invar 36 trở thành lựa chọn ưu việt cho các ứng dụng mà độ ổn định kích thước trong điều kiện nhiệt độ dao động là ưu tiên hàng đầu.
Sự khác biệt về tính chất cơ học giữa thanh Invar 36 và Invar 42 là gì?
Invar 42 thường có độ bền kéo (500 – 600 MPa) và độ bền chảy (280 – 350 MPa) cao hơn so với Invar 36 (độ bền kéo 440 – 520 MPa, độ bền chảy 240 – 280 MPa) ở trạng thái ủ. Tuy nhiên, Invar 36 cung cấp độ dẻo cao hơn với các giá trị độ giãn dài từ 35 – 45%, so với 25 – 35% của Invar 42. Điều này khiến Invar 36 phù hợp hơn cho các thao tác tạo hình phức tạp, trong khi Invar 42 được ưa chuộng hơn cho các ứng dụng yêu cầu độ bền kết cấu cao hơn.
Làm thế nào để lựa chọn giữa Invar 36 và Invar 42 cho các ứng dụng hàn kín giữa kính và kim loại?
Đối với các ứng dụng hàn kín giữa kính và kim loại, việc lựa chọn chủ yếu dựa trên việc đảm bảo sự tương thích về hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của vật liệu kính hoặc gốm. Invar 42 thường được chỉ định để hàn kín với gốm alumina, kính borosilicat và nhiều vật liệu đóng gói bán dẫn, do hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của nó khoảng 4,5 – 5,5 × 10⁻⁶ /K, giúp đảm bảo sự tương thích cao. Invar 36, với CTE thấp hơn nhiều, được sử dụng cho các loại kính đặc biệt có độ giãn nở thấp và các ứng dụng yêu cầu độ giãn nở tối thiểu tuyệt đối, mặc dù nó ít được sử dụng hơn Invar 42 để hàn kín trực tiếp với kính.
Xem thêm trong danh mục này
Giá thanh tròn hợp kim Inconel 617 thường dao động từ khoảng 45 đến 90 USD/kg đối với các kích thước tiêu chuẩn trong kho công nghiệp. Các thanh rèn cỡ lớn, các thanh nhỏ đã qua xử lý sơ bộ...
Giá thanh hợp kim Inconel 625 mới nhất tính theo kg phụ thuộc vào chi phí nguyên liệu thô như niken, molypden, niobi và crom, cũng như đường kính thanh, quy trình sản xuất...
Giá thanh hợp kim Inconel X-750 phụ thuộc vào chi phí nguyên liệu niken, đường kính thanh, tình trạng sản phẩm, xử lý nhiệt, thông số kỹ thuật, bề mặt hoàn thiện, kích thước...
Giá thanh hợp kim Inconel 602CA tính theo kg thường cao hơn so với thanh Inconel 600 và Inconel 601 thông thường vì hợp kim 602CA là loại cao cấp chịu nhiệt độ cao...
English English 
Korean
Arabic
Spanish
German
Portuguese
French
Russian
Italian
Vietnamese
