Serviços de usinagem Invar
O Invar é um aço especial que contém aproximadamente 36% de níquel. É uma liga com baixo coeficiente de expansão térmica, o que a torna praticamente inalterada por variações de temperatura.
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Mais de 15 anos de experiência em usinagem de Invar
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O que é Invar?
O Invar é um aço especial que contém aproximadamente 36% de níquel, sendo o Invar 36 uma liga comum. O restante é composto principalmente de ferro, contendo traços de outros elementos. Devido ao seu baixíssimo coeficiente de expansão térmica, é amplamente utilizado em importantes áreas, como a fabricação de componentes de medição. A principal característica do Invar é o seu baixíssimo coeficiente de expansão térmica; em uma faixa de temperatura de -60 °C a +80 °C, seu coeficiente é tipicamente em torno de 1.5 × 10⁻⁶/°C, muito inferior aos 11-13 × 10⁻⁶/°C do aço comum. Quando a temperatura ultrapassa seu ponto de Curie (aproximadamente 230 °C), o magnetismo desaparece, o efeito magnetoestritivo cessa e a liga começa a se expandir normalmente, como os metais comuns.
O Invar possui certa resistência, dureza e boa plasticidade, permitindo o trabalho a frio e a quente. É facilmente moldado em diversos formatos, como fios, tiras, barras e tubos. No entanto, apresenta forte tendência ao endurecimento por deformação, podendo ser necessário tratamento térmico para restaurar sua plasticidade após o trabalho a frio.
Propriedades da liga Invar
Propriedades físicas da liga Invar
- Densidade da liga Invar: 8.0-8.3 g/cm³
- Propriedades de expansão térmica da liga Invar: 1.5×10⁻⁶/℃ (-60℃～+80℃)
- Resistência à tração da liga Invar: 400 MPa - 700 MPa
- Liga Invar. Limite de escoamento: 250 MPa - 500 MPa
- Dureza da liga Invar: 150HB-250HB
- Liga Invar. Ponto de fusão: 1427℃
- O Invar é um material fortemente ferromagnético entre -60℃ e +80℃, mas seu magnetismo desaparece completamente acima de 230℃.
Composição química da liga Invar
| composição química | percentagem(%) | O papel dos componentes químicos |
| Fe | 63 65 ~ | Os elementos da matriz garantem as propriedades mecânicas básicas da liga. |
| Ni | 35 37 ~ | A redução do coeficiente de expansão térmica da liga melhora sua compatibilidade com o vidro. |
| Mn | ≤ 0.5 | A desoxidação e a dessulfurização otimizam as propriedades de fundição e laminação da liga. |
| Si | ≤ 0.3 | Os desoxidantes melhoram a resistência à oxidação das ligas metálicas. |
| C | ≤ 0.05 | Controlar a dureza e a tenacidade da liga é crucial; quantidades excessivas podem reduzir a confiabilidade da vedação. |
| P | ≤ 0.02 | Impurezas nocivas devem ser rigorosamente controladas para evitar a formação de fases frágeis. |
Indústrias de aplicação da liga Invar
Embalagem de semicondutores
Indústria de Óptica e Optoeletrônica
Os componentes ópticos exigem altíssima estabilidade em termos de geometria, coxialidade e paralelismo. A deformação térmica leva diretamente a erros de imagem/transmissão. O Invar é um material de substrato essencial para:
Lentes ópticas/Conjuntos de lentes: Corpos e suportes de lentes em câmeras de alta gama, microscópios e endoscópios médicos; suportes ópticos em câmeras termográficas infravermelhas, garantindo que o sistema óptico da lente não se desloque devido à temperatura.
Componentes optoeletrônicos para displays: Dispositivos de fixação de precisão e suportes de substrato na fabricação de painéis OLED/Mini LED, mantendo a planicidade do painel durante o processo de fabricação e melhorando o rendimento do display.
Indústria aeroespacial
Componentes de satélite/estação espacial: estrutura da antena do satélite, cavidade ressonante de radiofrequência e base para equipamentos ópticos de bordo, garantindo o apontamento preciso da antena e a transmissão do sinal óptico mesmo sob mudanças drásticas de temperatura em órbita; juntas de posicionamento e eixos de referência para o braço robótico de precisão da estação espacial.
Componentes de Precisão Aeroespacial: Base do Sistema de Navegação Inercial (INS) para aeronaves civis/militares e estrutura de suporte central para instrumentos de aviação, mitigando erros de medição causados por mudanças na temperatura ambiente durante o voo.
Gás Natural Liquefeito (GNL) / Armazenamento e Transporte de Energia Criogênica
Componentes principais para tanques de armazenamento/transportadores de GNL: A membrana interna (com espessura de 0.7 a 1.2 mm) dos tanques de armazenamento de GNL do tipo membrana entra em contato direto com o gás natural liquefeito a -163 °C, solucionando os problemas de retração criogênica, fissuras e deformação do aço comum; ela também é utilizada em vedações e flanges em gasodutos e válvulas de GNL.
Equipamentos criogênicos para hidrogênio líquido/oxigênio líquido: Revestimentos e conexões de tubulação para tanques de armazenamento de hidrogênio líquido (-253℃) e oxigênio líquido (-183℃) em foguetes aeroespaciais; o Super Invar 4J32 é a escolha preferida devido ao seu menor coeficiente de expansão térmica.
Optoeletrônica e comunicação óptica
Dispositivos de RF/Micro-ondas: Cavidades de RF e filtros para estações base 5G e radares de varredura eletrônica. A baixa expansão do Invar garante que a frequência de ressonância do sinal de RF não varie com a temperatura ambiente, melhorando a estabilidade da comunicação.
Componentes de comunicação por fibra óptica: Os substratos de encapsulamento de grades de Bragg em fibra garantem que o comprimento de onda da grade não seja afetado pela temperatura, mantendo a precisão da detecção/comunicação por fibra óptica.
As principais aplicações das ligas Invar são: fabricação de calibradores de precisão, blocos padrão, réguas padrão, réguas de grade e hastes de referência para instrumentos de medição de comprimento;
Componentes essenciais de equipamentos astronômicos/ópticos de precisão: suportes de tubos de telescópio, bases de plataformas ópticas e invólucros de interferômetros a laser;
Trilhos-guia de alta precisão e dispositivos de posicionamento para máquinas de litografia e equipamentos de teste de semicondutores.
Perguntas frequentes sobre usinagem Kovar
As ligas Invar são ligas à base de ferro compostas por ferro (Fe) e uma quantidade significativa de níquel (Ni), apresentando um coeficiente de expansão térmica muito baixo. O teor típico de níquel nessas ligas é de aproximadamente 36%, e sua principal característica é a capacidade de manter alterações dimensionais notavelmente estáveis em uma ampla faixa de temperatura, praticamente inalteradas por variações térmicas. Essa propriedade torna as ligas Invar extremamente valiosas em muitas aplicações de precisão onde as variações de temperatura são cruciais.
As ligas Invar são utilizadas principalmente nas indústrias de instrumentos de precisão e testes, aeroespacial e militar, eletrônica, comunicações e semicondutores, além da óptica e optoeletrônica.
Antes da usinagem, a peça bruta de liga Invar passa por um recozimento de alívio de tensões, sendo aquecida a 600-650 °C e mantida nessa temperatura por 2 a 4 horas. Em seguida, é resfriada lentamente no forno até abaixo de 150 °C, com uma taxa de resfriamento de até 50 °C/h. A deformação durante a usinagem origina-se principalmente da tensão térmica causada pelo calor do corte, da deformação elástica devido à força de fixação excessiva e da deformação plástica devido à força de corte irregular da ferramenta. O princípio fundamental desta etapa é **"baixa temperatura, força leve e corte uniforme"**, com planos de processo precisos fornecidos para cada etapa. Após a usinagem, as tensões são aliviadas em baixa temperatura, com aquecimento a 300-350 °C e manutenção dessa temperatura por 1 a 2 horas. Em seguida, a peça é resfriada no forno até a temperatura ambiente, com uma taxa de resfriamento de até 40 °C/h.
As ligas de Invar são ferromagnéticas à temperatura ambiente, mas seu magnetismo enfraquece com o aumento da temperatura. Em particular, o magnetismo das ligas de Invar pode diminuir significativamente ou desaparecer em um determinado ponto crítico. Esse fenômeno é semelhante à perda de magnetismo em muitos materiais ferromagnéticos acima de sua temperatura crítica (chamada temperatura de Curie). Para as ligas de Invar, a temperatura de Curie é tipicamente baixa, geralmente em torno de 230 °C, o que significa que seu magnetismo começa a enfraquecer próximo a essa temperatura.
As ligas Invar podem ser soldadas, mas são classificadas como ligas especiais de difícil soldagem. Os principais desafios na soldagem são a alta tendência à fissuração a quente, a fácil geração de tensões residuais e deformações térmicas após a soldagem e a facilidade de falha devido às características de baixa expansão da zona de solda. Nem todos os métodos de soldagem são adequados. Os processos de soldagem devem ser selecionados especificamente e os parâmetros de soldagem devem ser rigorosamente controlados para garantir que a qualidade da solda corresponda às propriedades de baixa expansão do material base.