Servizi di lavorazione Invar
L'Invar è un acciaio speciale contenente circa il 36% di nichel. È una lega con un basso coefficiente di dilatazione termica, che lo rende praticamente insensibile alle variazioni di temperatura.
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Oltre 15 anni di esperienza nella lavorazione di Invar
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Cos'è Invar?
L'Invar è un acciaio speciale contenente circa il 36% di nichel, con Invar 36 come grado comune. Il resto è costituito principalmente da ferro, con tracce di altri elementi. Grazie al suo bassissimo coefficiente di dilatazione termica, è ampiamente utilizzato in settori importanti come la produzione di componenti di misura. La caratteristica principale dell'Invar è il suo bassissimo coefficiente di dilatazione termica; in un intervallo di temperatura compreso tra -60 °C e +80 °C, il suo coefficiente è tipicamente di circa 1.5 × 10⁻⁶/°C, molto inferiore agli 11-13 × 10⁻⁶/°C dell'acciaio comune. Quando la temperatura supera il punto di Curie (circa 230 °C), il magnetismo scompare, l'effetto magnetostrittivo cessa e la lega inizia a espandersi normalmente come i metalli comuni.
L'invar possiede una certa resistenza, durezza e buona plasticità, che ne consentono la lavorazione sia a freddo che a caldo. È facilmente modellabile in varie forme, come fili, strisce, barre e tubi. Tuttavia, ha una forte tendenza all'incrudimento e potrebbe essere necessario un trattamento termico per ripristinarne la plasticità dopo la lavorazione a freddo.
Proprietà della lega Invar
Proprietà fisiche della lega Invar
- Densità della lega Invar: 8.0-8.3 g/cm³
- Proprietà di dilatazione termica della lega Invar: 1.5×10⁻⁶/℃（-60℃～+80℃）
- Lega Invar Resistenza alla trazione: 400 MPa-700 MPa
- Lega InvarResistenza allo snervamento: 250 MPa-500 MPa
- Durezza della lega Invar: 150HB-250HB
- Lega Invar Punto di fusione: 1427℃
- L'invar è un materiale fortemente ferromagnetico tra -60℃ e +80℃, ma il suo magnetismo scompare completamente sopra i 230℃.
Composizione chimica della lega Invar
| Composizione chimica | percentuale(%) | Il ruolo dei componenti chimici |
| Fe | 63 ~ 65 | Gli elementi della matrice garantiscono le proprietà meccaniche di base della lega. |
| Ni | 35 ~ 37 | Abbassando il coefficiente di dilatazione termica della lega si migliora la sua compatibilità con il vetro. |
| Mn | ≤ 0.5 | La deossidazione e la desolforazione ottimizzano le proprietà di fusione e laminazione della lega. |
| Si | ≤ 0.3 | I disossidanti aumentano la resistenza all'ossidazione delle leghe. |
| C | ≤ 0.05 | È fondamentale controllare la durezza e la tenacità della lega: quantità eccessive possono ridurre l'affidabilità della tenuta. |
| P | ≤ 0.02 | Le impurità nocive devono essere rigorosamente controllate per evitare la formazione di fasi fragili. |
Settori di applicazione della lega Invar
Imballaggio dei semiconduttori
Industria ottica e optoelettronica
I componenti ottici richiedono un'elevatissima stabilità in termini di geometria, coassialità e parallelismo. La deformazione dovuta alla temperatura porta direttamente a errori di imaging/trasmissione. L'invar è un materiale di substrato fondamentale per:
Gruppi di lenti/lenti ottiche: cilindri e supporti per lenti in fotocamere di fascia alta, microscopi ed endoscopi medici; supporti ottici in termocamere a infrarossi, per garantire che il sistema ottico della lente non si sposti a causa della temperatura.
Componenti per display optoelettronici: dispositivi di precisione e supporti per substrati nella produzione di pannelli OLED/Mini LED, che mantengono la planarità del pannello durante il processo di produzione e migliorano la resa del display.
Aeronautico
Componenti del satellite/stazione spaziale: telaio dell'antenna satellitare, cavità risonante a radiofrequenza e base dell'apparecchiatura ottica di bordo, che garantiscono un puntamento preciso dell'antenna e una trasmissione del percorso ottico anche in caso di drastici cambiamenti di temperatura in orbita; giunti di posizionamento e assi di riferimento per il braccio robotico di precisione della stazione spaziale.
Componenti di precisione aerospaziali: base del sistema di navigazione inerziale (INS) per aerei civili/militari e struttura di supporto centrale per strumenti aeronautici, che attenua gli errori di misurazione causati dalle variazioni della temperatura ambientale durante il volo.
Gas naturale liquefatto (GNL) / Stoccaggio e trasporto di energia criogenica
Componenti principali per navi cisterna/serbatoi di stoccaggio GNL: la membrana interna (spessa 0.7~1.2 mm) dei serbatoi di stoccaggio GNL a membrana è a diretto contatto con il gas naturale liquefatto a -163°C, risolvendo i problemi di restringimento criogenico, fessurazione e deformazione dell'acciaio comune; viene inoltre utilizzata per guarnizioni e flange nelle condotte e nelle valvole GNL.
Apparecchiature criogeniche per idrogeno liquido/ossigeno liquido: rivestimenti e collegamenti di tubazioni per serbatoi di stoccaggio di idrogeno liquido (-253℃) e ossigeno liquido (-183℃) nei razzi aerospaziali; Super Invar 4J32 è la scelta preferita grazie al suo coefficiente di dilatazione termica inferiore.
Optoelettronica e comunicazione ottica
Dispositivi RF/Microonde: cavità RF e telai di filtri per stazioni base 5G e radar phased array. La bassa espansione dell'Invar garantisce che la frequenza di risonanza del segnale RF non vari con la temperatura ambiente, migliorando la stabilità della comunicazione.
Componenti di comunicazione in fibra ottica: i substrati di confezionamento del reticolo di Bragg in fibra ottica garantiscono che la lunghezza d'onda del reticolo non sia influenzata dalla temperatura, mantenendo la precisione del rilevamento/comunicazione in fibra ottica.
Le principali applicazioni delle leghe Invar sono: la produzione di calibri di precisione, blocchetti di riscontro, righelli standard, righelli a reticolo e aste di riferimento per strumenti di misura della lunghezza;
Componenti principali delle apparecchiature ottiche/astronomiche di precisione: supporti del tubo del telescopio, basi della piattaforma ottica e alloggiamenti dell'interferometro laser;
guide di scorrimento ad alta precisione e dispositivi di posizionamento per macchine litografiche e apparecchiature di collaudo dei semiconduttori.
Domande frequenti sulla lavorazione Kovar
Le leghe Invar sono leghe a base di ferro composte da ferro (Fe) e una quantità significativa di nichel (Ni), che presentano un coefficiente di dilatazione termica molto basso. Il contenuto tipico di nichel in queste leghe è di circa il 36% e la loro caratteristica principale è la capacità di mantenere variazioni dimensionali notevolmente stabili in un ampio intervallo di temperatura, praticamente inalterate dalle variazioni di temperatura. Questa proprietà rende le leghe Invar estremamente preziose in molte applicazioni di precisione in cui le variazioni di temperatura sono estremamente critiche.
Le leghe Invar sono utilizzate principalmente nell'industria degli strumenti di precisione e dei test, nell'industria aerospaziale e militare, nell'industria elettronica, delle comunicazioni e dei semiconduttori, nonché nell'industria ottica e optoelettronica.
Prima della lavorazione, il pezzo grezzo in lega Invar viene sottoposto a ricottura di distensione, riscaldato a 600-650 °C e mantenuto per 2-4 ore, quindi raffreddato lentamente in forno a una temperatura inferiore a 150 °C, con una velocità di raffreddamento ≤50 °C/h. La deformazione durante la lavorazione è originata principalmente da stress termico causato dal calore di taglio, deformazione elastica dovuta a una forza di serraggio eccessiva e deformazione plastica dovuta a una forza di taglio non uniforme dell'utensile. Il fulcro di questa fase è **"bassa temperatura, forza leggera e taglio uniforme"**, con piani di processo precisi forniti per ogni fase. Dopo la lavorazione, la distensione viene distensione a bassa temperatura, riscaldata a 300-350 °C e mantenuta per 1-2 ore, quindi raffreddata in forno a temperatura ambiente, con una velocità di raffreddamento ≤40 °C/h.
Le leghe Invar sono ferromagnetiche a temperatura ambiente, ma il loro magnetismo si indebolisce con l'aumentare della temperatura. In particolare, il magnetismo delle leghe Invar può diminuire significativamente o scomparire a un certo punto critico. Questo fenomeno è simile alla perdita di magnetismo in molti materiali ferromagnetici al di sopra della loro temperatura critica (detta temperatura di Curie). Per le leghe Invar, la temperatura di Curie è tipicamente bassa, generalmente intorno ai 230 °C, il che significa che il loro magnetismo inizia a indebolirsi in prossimità di questa temperatura.
Le leghe Invar possono essere saldate, ma sono classificate come leghe speciali difficili da saldare. Le principali sfide nella saldatura sono l'elevata tendenza alla criccatura a caldo, la facile generazione di tensioni residue e deformazione termica dopo la saldatura e la facile rottura delle caratteristiche di bassa espansione della zona di saldatura. Non tutti i metodi di saldatura sono adatti. I processi di saldatura devono essere selezionati specificamente e i parametri di saldatura devono essere rigorosamente controllati per garantire che la qualità della saldatura corrisponda alle proprietà di bassa espansione del materiale di base.