1896年法國物理學家C.E.Guialme發現了一種奇（qí）妙的合金，這種合金在磁性溫度即居裏點附近熱膨脹係數顯著減少，出現所（suǒ）謂反常（cháng）熱膨（péng）脹現象（負反常），從而可（kě）以在室（shì）溫附近很寬的溫度範圍內，獲得很小的甚至接近零的膨脹係數，這（zhè）種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈麵心裏方結構，其牌號為Dilaton 36/4J36，它（tā）的中文名字叫殷（yīn）鋼，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是體積不變。這個卓越的合金對科學進步（bù）的貢獻（xiàn）如此之大，致使其發現者法國（guó）人C.E.Guilaume為此獲得1920年的諾貝爾獎，在曆史上他是第（dì）一位也是唯一的科學家因一（yī）項冶金學成果而獲此殊榮。

一、因瓦效應

因瓦（wǎ）合金(德鎳 Dilaton36)自（zì）從十九世紀被發現以來，人們就被它的巨大的工業應（yīng）用潛（qián）力和所蘊含的豐富的物理內容所吸（xī）引（yǐn），因瓦（wǎ）效（xiào）應的研究不僅是闡明金屬及（jí）其合金、化合物（wù）磁性起源的重要途徑，而且（qiě）在精密儀器儀表、微（wēi）波通訊、石油運（yùn）輸容器以及高科技產品等領域有廣泛的實（shí）際作用，因而（ér）因瓦合金是許（xǔ）多冶金材（cái）料學家力（lì）於開拓的（de）新材（cái）料領域，其機理也是凝聚態物理（lǐ）學家尚待解決的難題（tí）。一（yī）般來說，絕大多數金屬和（hé）合金都是在（zài）受熱時體積膨脹，冷卻時體積收縮，它們的熱膨脹係數呈線性增大，但是元素周期表中的鐵、鎳、鈷等（děng）過（guò）渡（dù）族（zú）元素組（zǔ）成的某些合金，由於它們的鐵磁性，在（zài）一定（dìng）的溫度範（fàn）圍內，熱膨脹不符合正常的膨脹（zhàng）規律，具有因（yīn）瓦效應的反常熱膨脹。例如（rú），因（yīn）瓦合金(Invar)在居裏點以上的熱膨脹與一般合金相似（sì），但在居裏點以下形成（chéng）反常熱膨脹，為了搞清因瓦合金的機理，科學家們作了大量的實驗，試驗表明，它的（de）機（jī）理與化學成（chéng）分及磁性有關，它在一定範圍的線膨脹係數是由低膨脹和（hé）高膨脹兩部分組成，含鎳量在（zài）一定範圍內的增減會引起鐵、鎳合金線膨脹係數的急劇變化。當含有32%-36%的鎳合金（jīn）具（jù）有很低（dī）的線膨脹係數，一般平均膨（péng）脹係數為ã=1.5×10^-6 /℃，當含（hán）Ni量達到36%時，因瓦合（hé）金熱膨脹係數最低，達到a=1.8×10^-6 /℃，從而可獲得低到接近零值甚至（zhì）負值（zhí）的（de）熱膨脹係數。該合金在居裏溫度以上（230℃），失去了磁（cí）性，膨脹係數變大，而在（zài）居裏（lǐ）點Tc附近熱脹係數比正（zhèng）常的係數小，出現所謂的“負反常”現象（xiàng）。為什麽因瓦合金會隨化（huà）學成分及磁性的變化會出現“負反常”的熱膨脹（zhàng）係數？科學家根據試驗（yàn）結果，在理論方麵對其進行了廣泛的研究（jiū），研（yán）究表明因瓦（wǎ）效應主要是在具有麵心裏方的γ-Fe中出現，在γ相（xiàng）和α相的相界，當α相為零時就出現因瓦效應，像這樣關於隻在γ-Fe係合金中出現因瓦（wǎ）效應的原因，目前有各（gè）種解釋，但是大多數人（rén）認為（wéi），有兩種：

（1）在fcc合金中，Fe具有高自旋和低自旋兩（liǎng）種（zhǒng）不同（tóng）的能態，高自（zì）旋態使鐵磁性穩定並使合金（jīn）的體積膨脹。這樣從居裏溫度以上的溫（wēn）度（dù）區逐漸降低過程中Fe從低自旋向高自旋能態過（guò）渡，使合金體積逐漸膨脹（zhàng）。但是（shì），隨著溫度的降低，晶格振動減弱，合金體積也同時縮小（xiǎo），這個效應與Fe的（de）磁性膨脹之間發生竟（jìng）爭，結果使（shǐ）實際體（tǐ）積變化減小，產生（shēng）正的自發體積磁致伸縮，使因瓦合金在居裏點附近（jìn）出（chū）現所謂的“負反常”。

（2）invar合金的費米能級位於d能帶低能態密度附近，從而在鐵磁（cí）性極化的同時，電子動（dòng）能的（de）增長比普通合金大得多，能帶寬度減小（能態（tài）密度提高），使之力圖減少動能的增長（zhǎng），而能帶寬度的減小相當於晶格膨脹，即磁性膨脹，其結（jié）果和上述（1）一樣，由於（yú）晶格膨脹與晶格（gé）振動相競爭，於是出現（xiàn）低膨脹特性。考察（chá）以上兩種見解，可以發現，invar效應是由Fcc立方Fe基合金的鐵（tiě）磁性的能態所具有的一種（zhǒng）特性引起的，這是上述兩種解（jiě）釋都包含（hán）的共同（tóng）概念。根據這個概念，可以設計其它因瓦合金。

二、因瓦合金（jīn）的特性

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)屬（shǔ）於鐵基高（gāo）鎳（niè）合金，通常含有32%-36%的（de）鎳，還含有少量的S、P、C等元素，其餘為（wéi）60％左（zuǒ）右的Fe，由於鎳為擴大（dà）奧氏（shì）體元素，故高鎳使奧氏體轉為馬氏體的相變降至室（shì）溫以下，－100～－120℃，因而經（jīng）退火後，因瓦合金（jīn）在室溫及室溫（wēn）以（yǐ）下一定溫度範圍內，均具有（yǒu）麵心晶格結構（gòu）的奧氏體組（zǔ）織（zhī），也是鎳（niè）溶於γ-Fe中形成的固溶體，因而（ér）因瓦合金具（jù）有以下性能。

1．膨脹係數小

因瓦合金也叫不脹鋼，其平均膨脹係數一般為1.5×10^-6℃，含鎳在36%是達到1.8 ×10^-8℃，且在室溫－80℃—+100℃時均不發生變化。

2．強度、硬度不（bú）高

因瓦合金含碳量小於0.05%，硬度和強度（dù）不高，抗拉強度在（zài）517Mpa左右，屈服強度在（zài）276Mpa左右，維氏硬度在160左右，一般可以通過冷變形來提高強度，在強（qiáng）度提（tí）高的同時仍具有良好的塑性。

3．導熱係數低

因瓦合金的導熱係數為0.026～0.032cal/cm•sec•℃，僅為45鋼導熱係數的1/3-1/4。

4．塑性、韌性高

因瓦合金（jīn）的延伸率和（hé）斷麵收縮率（lǜ）以及衝擊韌性都很高，延伸率（lǜ）δ= 25-35%，衝擊韌性αK=18-33公斤米/厘米2。

5．其它性能

由於因瓦合（hé）金含鎳較高，提（tí）高了鋼的淬透性（xìng）和可淬性，提高了鋼的耐氣性，耐蝕性和耐磨性。

通（tōng）過因瓦合金的化學成（chéng）分、金相組織及機械、物理性能分析可知，因瓦合金的切削（xuē）加（jiā）工性與奧氏體不鏽鋼類似，但比奧氏體不鏽鋼還要難加工（gōng），故因瓦合金在（zài）加工中（zhōng）主要（yào）具有切削力大、切削溫度高（gāo）、刀具磨損快等特點，因而因瓦合金在（zài）加工過程中，出現軟、粘（zhān）和很（hěn）大的塑性，切屑不易折斷，增加了（le）切（qiē）屑和前到麵的摩擦，加劇了刀具的（de）磨損，這樣不僅降（jiàng）低了（le）刀具的耐用度，而且降低了（le）工（gōng）件（jiàn）的加工精度，因而在加工因瓦合金加工時，必須采用高性（xìng）能的硬質合金（jīn）塗層刀具和新的加工方法，才能使切削加工順利進行，隻要方法得當，就可（kě）使難加工（gōng）的因瓦合金變得（dé）很容易（yì）加工，使因（yīn）瓦合金由“難加工成變成易切削”是我們研究因瓦合金材料性能的宗旨，也（yě）是我們所要達到的目標。

三、因瓦合金的發展及應用前景（jǐng）

自從因瓦合金(德鎳 Dilaton36)的發現，引起了世界（jiè）各國科學家的重視和研（yán）究，使得因瓦合金無論是從種類還是從性能和應用上（shàng）都得到了極大的提高。如1927年日（rì）本增本量首先研（yán）製出Fe—Ni—Co和Fe—Ni—Cr因瓦（wǎ）合金，1937年德國A..Kussmann研製出Fe—Pt和Fe—Pd因（yīn）瓦合金等；我（wǒ）國在五、六十年（nián）代也研製出（chū）4J32和4J36因瓦合金；經過將70年（nián）的發展（zhǎn），直到20世紀70年代，美（měi）國Inco公司研製出Incoloy903合金，才使低膨脹合金進入了（le）高溫（wēn）用途領域，到80年代末期，才（cái）形成了現代低膨脹（zhàng）超合金係列。作為低膨脹合金都要求組織穩定性，一般要求在－60℃～－70℃下不發生馬氏體相變。因（yīn）為一發生這種相變，合金的膨脹係數會發生突（tū）變（biàn），導致應用（yòng）出現故障，這（zhè）是不（bú）允許的。可（kě）貴的是，FeNi36因瓦合金和FeNi32Co4超因瓦合金，在-273℃下（xià）也能保持組織（zhī）穩定（dìng）性，因而（ér）至今廣泛應用的（de）隻有因瓦合金和超因瓦合金，近幾年來在改進它們的質量，擴大使（shǐ）用範圍，科學家們做了（le）大量的（de）研究工作，經過100多年的發展，因瓦合金仍然是被廣泛應用的經久不衰的優（yōu）質材料。

在因瓦合金問世（shì）的一百多年（nián）以來，取其低膨（péng）脹係數低這一特征（zhēng）的應用領域迅速擴大，用因瓦合金製造的精（jīng）密（mì）儀器儀表（biǎo）、標準鍾的擺杆、擺輪及鍾表的遊絲（sī）成（chéng）為早期最重要的產品，在上世紀20年代用因（yīn）瓦合金代（dài）替鉑用作於玻璃封接的引絲，大大的降低了成（chéng）本；到了五、六十年代，因（yīn）瓦（wǎ）合金的用途繼（jì）續擴大，主要用於無（wú）線電電子管、恒（héng）溫（wēn）器中（zhōng）作控溫（wēn）用的（de）熱雙金屬（shǔ）片（piàn）、長度標尺、大地測量基線尺等；到了八九十年代，廣泛用於微波技術、液態氣體儲容器、彩電的陰罩鋼帶、架空輸電線芯材、湝振腔、激光準直儀腔體、三步重複光刻相機基板等。進入（rù）21世紀之後，隨著航天（tiān）技術的飛速發展，新的（de）應（yīng）用還包括用在航天遙感器、精密激光（guāng）、光學測量係統和波導管中作結構件、顯微鏡、天文望遠鏡中巨（jù）大透鏡的（de）支撐係統和需要安裝透鏡（jìng）的各種各樣科（kē）學儀器中。

總之，隨著因瓦合金不斷應（yīng）用於人造衛星、激光、環形激（jī）光陀螺儀和其他先進的高科技產品，有力地表明這些古老的（de）材料正在幫助現（xiàn）代科（kē）學向更高水平邁進。