INVAR

1. Coefficient de dilatation thermique extrêmement faible (avantage principal) : dans la plage de température de -100 degrés à +200 degrés, le coefficient de dilatation linéaire moyen est inférieur ou égal à 1,8 × 10⁻⁶/degré, nettement inférieur à celui de l'acier au carbone et de l'acier inoxydable ordinaires, permettant une dilatation proche de zéro.
2. Excellente stabilité dimensionnelle : après le traitement de stabilisation, les changements dimensionnels pendant le service à long terme-sont minimes, ce qui le rend adapté aux instruments de précision et aux normes métrologiques.
3. Bonne ductilité et maniabilité : à l'état recuit, l'allongement est de 30 à 40 %, ce qui permet diverses opérations de formage telles que le laminage à froid, l'étirage à froid, l'estampage et l'usinage.
4. Performances supérieures à basse-température : à -196 degrés (température de l'azote liquide), il n'y a pas de transition ductile-à fragile, maintenant une bonne résistance et ténacité ; c'est un matériau de base pour le stockage et le transport du GNL.
5. Bonne soudabilité : peut être assemblé en utilisant des méthodes telles que le soudage TIG, le soudage par résistance et le soudage par faisceau d'électrons. Le recuit de relaxation-de contrainte après le soudage peut restaurer les propriétés de faible-expansion.
6. Conforme à plusieurs normes internationales : ASTM B753 / ASTM F1684, UNS K93600, GB/T 15018 (4J36), etc.

A:

Les caractéristiques de faible expansion d'INVAR proviennent de l'effet Invar, un phénomène physique provoqué par le ferromagnétisme :
1. Équilibre entre la magnétostriction et les vibrations thermiques du réseau : en dessous de la température de Curie (environ 230 degrés), INVAR est dans un état ferromagnétique. À mesure que la température augmente, la magnétisation diminue, conduisant à l'effet de « magnétostriction » -l'aimantation spontanée dans les ferromagnétiques a tendance à provoquer une expansion de volume. Pendant ce temps, les vibrations thermiques atomiques entraînent également une dilatation thermique normale du réseau.
2. Annulation mutuelle des effets positifs et négatifs : ces deux effets s'annulent exactement dans INVAR-lorsque la température augmente, les vibrations thermiques atomiques dilatent le réseau, mais la diminution de l'ordre magnétique conduit à une contraction de la magnétostriction qui équilibre précisément cette expansion. Par conséquent, l'alliage présente un coefficient de dilatation thermique extrêmement faible sur une large plage de températures allant de -100 degrés à +200 degrés.
3. Défaillance au-dessus du point de Curie : lorsque la température dépasse le point de Curie, l'alliage passe du ferromagnétisme au paramagnétisme, perdant son magnétisme et revenant à un comportement normal d'expansion positive. Le coefficient de dilatation thermique grimpe alors à environ 12 × 10⁻⁶/degré, comparable à celui de l'acier ordinaire.

Le traitement thermique d’INVAR a un impact décisif sur la stabilité microstructurale finale et la précision dimensionnelle :
1. Recuit (soulagement du stress, homogénéisation) : chauffer à 815-830 degrés (1525 degrés F), maintenir pendant 0,5 heure par pouce d'épaisseur, refroidir le four à une vitesse inférieure ou égale à 200 degrés F par heure et refroidir à l'air après refroidissement en dessous de 600 degrés F.
2. Traitement de stabilisation (recommandé pour les pièces de haute-précision) : maintenir à 300-400 degrés pendant 10-20 heures, puis refroidir lentement jusqu'à température ambiante pour éliminer les contraintes résiduelles, stabiliser la structure austénitique et minimiser la dérive dimensionnelle lors d'une utilisation ultérieure.
3. Traitement de soulagement des contraintes (après usinage) : maintenir à 200-300 degrés pendant 1 à 2 heures, puis refroidir à l'air pour éviter la déformation causée par les contraintes d'usinage.
Remarque : INVAR est très sensible à la vitesse de refroidissement lors du traitement thermique. Un refroidissement rapide peut conduire à une sursaturation de l'austénite, entraînant une transformation de la phase de précipitation lors d'une utilisation ultérieure et provoquant des modifications du coefficient de dilatation thermique. Par conséquent, tous les traitements thermiques doivent être effectués en utilisant une méthode de refroidissement lent.

Température de fonctionnement efficace (avec des performances stables à faible expansion) :
Il est recommandé d'être inférieur ou égal à 200 degrés, où il peut maintenir un coefficient de dilatation thermique extrêmement faible et une excellente stabilité dimensionnelle. La plage de température optimale d'utilisation est de -100 degrés à +100 degrés.
Performances à basse-température :
INVAR maintient une bonne résistance et ténacité à -196 degrés (température de l'azote liquide) sans transition ductile-à fragile, ce qui en fait un matériau idéal pour le stockage et le transport du GNL (-162 degrés).
Limitation de-température élevée :
Lorsque la température dépasse 230 degrés (point de Curie), l'alliage passe du ferromagnétique au paramagnétique, perdant ainsi ses propriétés de faible-expansion. Le coefficient de dilatation thermique augmente fortement jusqu'à environ 12 × 10⁻⁶/degré, comparable à celui de l'acier ordinaire. Par conséquent, INVAR ne convient pas aux environnements à haute température supérieure à 230 degrés.
Effets du cycle de température :
Tout cycle thermique dépassant le point de Curie modifiera de façon permanente ses propriétés de faible-expansion, car la structure magnétique ne peut pas restaurer complètement son état d'origine lors du refroidissement.

INVAR a de bonnes propriétés de soudage, mais il convient de noter les points suivants :
1. Méthodes de soudage recommandées : TIG (soudage au gaz inerte au tungstène), soudage par résistance et soudage par faisceau d'électrons.
2. Préparation avant-le soudage : la zone de soudage doit être strictement nettoyée pour éliminer l'huile, le tartre et l'humidité.
3. Gaz de protection : du gaz argon de haute-pureté doit être utilisé pour le soudage et la protection arrière afin d'éviter l'oxydation à haute-température.
4. Traitement post-de soudage : il est recommandé d'effectuer un recuit de soulagement de contrainte- (environ 600-650 degrés F) après le soudage pour éliminer la croissance des grains ou les phases précipitées qui peuvent se produire dans la zone affectée thermiquement, en évitant les modifications des coefficients de dilatation locaux.
5. Métal d'apport : Il est recommandé d'utiliser du fil d'apport INVAR du même matériau pour garantir que les performances de faible expansion du cordon de soudure correspondent à celles du matériau de base.
6. Précautions clés : INVAR a une faible conductivité thermique (environ 10 W/(m·K)), la vitesse de chauffage doit donc être contrôlée pendant le soudage pour éviter la concentration des contraintes thermiques.

Une substitution partielle est possible, mais elle doit être évaluée en fonction de plages de températures spécifiques et d'exigences de précision :
Avantages d'INVAR :
1. Il a un coefficient de dilatation thermique extrêmement faible (inférieur ou égal à 1,8 × 10⁻⁶/degré) dans la plage de -100 degrés à +200 degrés, ce qui en fait un alliage classique à faible dilatation avec l'application la plus large et la technologie la plus mature.
2. Il présente une bonne maniabilité et soudabilité, ce qui lui permet d'être façonné sous diverses formes.
3. Il possède d'excellentes propriétés à basse-température et constitue un matériau de base pour le stockage et le transport du GNL.
Limites d'INVAR :
Inadequate high-temperature (>230 degrés) performances :
Le coefficient de dilatation thermique augmente fortement au-dessus du point de Curie, ce qui le rend impropre aux environnements-à haute température. Pour les applications entre 200 et 400 degrés, envisagez le 4J32 (avec une teneur en nickel d'environ 32 %, offrant un coefficient de dilatation thermique plus stable sur une plage de température inférieure) ou le 4J40.
Résistance générale à la corrosion :
Il est sujet à la corrosion dans les brouillards salins ou dans les environnements contenant du soufre-et nécessite une protection de surface. Pour les applications ayant des exigences élevées en matière de résistance à la corrosion, l'Inox Invar (Stainless Invar, 54Co-9Cr-Fe) peut être envisagé.
Dérive dimensionnelle à long-terme :
De légers changements dimensionnels peuvent survenir lors d’un stockage à température ambiante pendant une longue période. Un traitement de stabilisation est requis pour les applications de haute-précision.
Recommandations de sélection des matériaux :
Veuillez fournir des conditions de fonctionnement détaillées (plage de température, exigences de précision, environnement moyen, durée de vie) pour la sélection de matériaux spécifiques. Nous pouvons vous aider avec une analyse comparative technique et économique pour vous aider à faire le choix optimal entre INVAR et d'autres nuances d'alliage à faible-expansion.
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