1896年法國物理（lǐ）學家C.E.Guialme發現（xiàn）了（le）一種（zhǒng）奇妙的合金，這種合金在磁性溫度即居（jū）裏點附近熱膨脹係數顯著減少，出現所謂反常熱膨脹現象（負反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度範圍內，獲得很小的甚（shèn）至接近（jìn）零的（de）膨脹係數，這種合金的組成是（shì）64%的（de）Fe和36%的（de）Ni，呈麵心裏方結構（gòu），其牌（pái）號為Dilaton 36/4J36，它的中文名字叫（jiào）殷鋼，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是（shì）體積不變。這個卓越的合金對科（kē）學進步（bù）的貢獻（xiàn）如此之大，致使其發現者法國人C.E.Guilaume為此獲得1920年的諾貝（bèi）爾獎，在曆史上他是第一（yī）位也是唯一的科學家因一項冶金學成果而獲此殊榮。

一、因瓦效應

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)自從十九世紀被發現以來，人們就被它的巨大的工（gōng）業應用潛力和所（suǒ）蘊含的（de）豐富的物理內容所吸引，因瓦效應的研究不僅是闡明金屬及其合（hé）金、化合物磁性起源的重（chóng）要途徑，而且在精密儀器儀（yí）表、微波通訊、石油運輸容（róng）器以及高科技產品（pǐn）等領域（yù）有廣（guǎng）泛（fàn）的實際作用，因而因（yīn）瓦合金是許（xǔ）多冶（yě）金（jīn）材料學家力於開拓的新材料領域，其機理也是凝聚態物理學家尚待解決的難（nán）題。一般來說，絕（jué）大多數金屬和（hé）合金都是在受熱時體積膨脹，冷卻時體積收縮，它們的熱膨脹係數呈（chéng）線（xiàn）性增大，但是元素周期表中（zhōng）的（de）鐵、鎳、鈷等過（guò）渡族元素組成（chéng）的（de）某些合金，由於它們的鐵磁性，在一（yī）定的溫度範圍（wéi）內，熱（rè）膨脹不符合正常的（de）膨脹規（guī）律，具有（yǒu）因瓦效應（yīng）的反常熱（rè）膨脹。例如，因瓦合金（jīn）(Invar)在居裏點以上（shàng）的熱膨脹與一般合（hé）金相似，但在居裏點以下形成反常熱膨脹，為了搞（gǎo）清因瓦合金的機理，科學家們作了大量的實驗，試驗表明（míng），它的機理與化學成分及磁性有關，它在一定範（fàn）圍的線膨脹係數是由低膨脹和高膨脹兩部（bù）分組成，含鎳量在一定範圍內（nèi）的增減（jiǎn）會引起（qǐ）鐵、鎳合金線膨脹（zhàng）係數的急劇（jù）變化。當含有32%-36%的鎳合金具有很低的線膨脹（zhàng）係數，一般平均膨脹係數為ã=1.5×10^-6 /℃，當含Ni量達到36%時，因瓦合金熱膨脹係（xì）數最低，達到a=1.8×10^-6 /℃，從（cóng）而可獲得低到接近零值甚至（zhì）負值的熱膨脹係數。該合金在居裏溫度以上（shàng）（230℃），失去了磁性，膨脹係數（shù）變大，而在居裏點（diǎn）Tc附近（jìn）熱脹係數（shù）比正常的係數小，出現所謂的“負（fù）反常”現象。為什麽因瓦合金會隨化學（xué）成分及磁（cí）性的變化會出現（xiàn）“負反常”的熱膨脹係數？科學家（jiā）根據試驗結（jié）果，在理論方麵對其進行了廣泛的研究，研究表明因瓦效應主要是在具有麵心裏方的γ-Fe中出（chū）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（xiàng）這樣關於隻在γ-Fe係合（hé）金中出（chū）現因瓦效（xiào）應的原因，目前有各種解釋，但是大多數人認為，有兩種：

（1）在fcc合金中，Fe具有（yǒu）高自旋和低自旋兩種不同的能態，高自旋態使鐵磁性穩定並使合金的體（tǐ）積膨脹。這樣從居（jū）裏溫度以上的溫度區逐漸降低過程中Fe從低自旋向高自旋能態過渡，使合金體積逐（zhú）漸膨脹。但是，隨著溫度的降低，晶格振動減弱，合金體積也同時縮小，這個效應與Fe的磁性膨脹之（zhī）間發生（shēng）竟爭，結果使實際體積變化減小，產生正的自發體（tǐ）積磁致伸縮，使因瓦合金在居裏點附近出現所謂的（de）“負反常”。

（2）invar合金的費米能級位於d能帶低能態密度附近，從而在鐵磁性極化的同時，電子動（dòng）能（néng）的增長比普通合金大得多，能（néng）帶（dài）寬度（dù）減小（能態密度提（tí）高），使之力（lì）圖（tú）減少動能的增（zēng）長，而能帶寬度的減小相當於晶格膨（péng）脹，即磁性（xìng）膨脹，其結果和上述（1）一（yī）樣（yàng），由於晶格膨脹與晶格振動相競（jìng）爭，於是出現低膨脹特性。考察以上兩種見解，可以發現（xiàn），invar效（xiào）應是由Fcc立方Fe基合金（jīn）的鐵磁性的能態所具有的一種特性引起的，這是上述（shù）兩種解釋都包含的共（gòng）同概念（niàn）。根據這個（gè）概（gài）念，可以設計其它因（yīn）瓦合金。

二、因瓦合金的特性

因瓦（wǎ）合金(德鎳 Dilaton36)屬於鐵基高鎳合金，通常含有（yǒu）32%-36%的鎳，還含有（yǒu）少量的S、P、C等元素，其餘為60％左（zuǒ）右的Fe，由於鎳為擴大奧（ào）氏體元素，故（gù）高鎳使奧氏體轉為馬氏體的相（xiàng）變降至室溫以下，－100～－120℃，因而經退火後，因瓦合金在室溫及室溫以下一定溫度範圍內，均具有麵心晶格（gé）結構的奧氏體組（zǔ）織，也是鎳溶於γ-Fe中形成的固溶體（tǐ），因而因瓦合金具有以下性能。

1．膨脹係數小

因瓦合金也叫（jiào）不脹鋼，其平均（jun1）膨脹係數（shù）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、硬度不高

因（yīn）瓦合（hé）金含碳量小於0.05%，硬度和強度不高，抗拉（lā）強度在517Mpa左右，屈服強度在276Mpa左右，維氏硬度在160左右，一（yī）般可以通過冷變形來提高強度，在強度提（tí）高的同（tóng）時仍具有良好的塑性。

3．導熱係數低

因瓦合金的導熱（rè）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（yīn）瓦合金的延伸率（lǜ）和斷麵收縮率以及（jí）衝擊（jī）韌性都很高，延伸率δ= 25-35%，衝擊韌性αK=18-33公斤米/厘米2。

5．其（qí）它性能

由於因瓦合金含鎳較高，提高了鋼（gāng）的淬透（tòu）性和可淬性，提高了鋼的耐氣性，耐蝕（shí）性（xìng）和耐磨性。

通過因瓦合金的化學成分、金相（xiàng）組織及（jí）機械、物理性能分析可知，因瓦合金的切削加工性與奧（ào）氏體不鏽鋼類似，但比奧氏體不鏽鋼（gāng）還要難加工，故因瓦合金在（zài）加工中主要具有切（qiē）削力大、切削溫度高、刀具磨損快（kuài）等特點，因（yīn）而因瓦合金在加工過程中，出現軟、粘（zhān）和很大的塑性，切屑（xiè）不易折（shé）斷，增（zēng）加了切（qiē）屑和前到麵的摩（mó）擦，加劇了刀具的磨（mó）損，這樣不僅降低了（le）刀具的耐用（yòng）度，而且降低了工件的加工精度，因而在加工（gōng）因瓦合金加工時，必須采用高性能的硬質合金塗層刀具和新的加工方法，才能使（shǐ）切削加工順利進行，隻要方法得當，就可使（shǐ）難（nán）加工（gōng）的因瓦合金變得（dé）很容易加工，使因瓦合金由“難加工成變成易切削”是我們研究因瓦（wǎ）合金材料性能的宗旨，也是我們所要達到的目標。

三（sān）、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，引起了世界各國科學家的重視（shì）和研究，使得因瓦合金無論是從（cóng）種類還是（shì）從性能和應用上（shàng）都得到了極大的（de）提高。如1927年（nián）日本增本量首先研製（zhì）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（hé）金（jīn）等；我國在五、六十年代也研製出4J32和4J36因瓦合（hé）金；經過將（jiāng）70年的發展，直到（dào）20世紀70年代，美國Inco公司研製出Incoloy903合金，才（cái）使低膨脹合金進入了高溫用途領域（yù），到80年代（dài）末期，才形成了現代（dài）低膨脹超合金（jīn）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（xià）不發生（shēng）馬氏體（tǐ）相變。因為一（yī）發生這種相變，合金的膨脹係數會發生突變，導致應用出現故障，這（zhè）是不允許的。可貴的是，FeNi36因瓦合金和FeNi32Co4超（chāo）因瓦合金，在-273℃下（xià）也能保持組織穩定性，因（yīn）而（ér）至今廣泛應用的隻有因瓦合（hé）金和超因瓦合（hé）金，近幾年來在改進它們的質量，擴大使用範圍（wéi），科學家們做了大量的研究工作，經過100多年的發展（zhǎn），因瓦合金仍然是（shì）被廣泛應用的經（jīng）久不衰的（de）優質材料。

在因瓦合金問世的一百多年（nián）以來（lái），取其低膨脹係（xì）數低這（zhè）一特征的應（yīng）用領域迅速擴大，用（yòng）因瓦合金製造的精密儀器儀表、標準鍾的擺杆、擺輪及鍾表的遊絲成為早期（qī）最重要的產品，在上（shàng）世紀20年代（dài）用因瓦合金代替鉑用作於玻璃封（fēng）接的引絲（sī），大大的降低了成（chéng）本；到了五、六十年代，因瓦合金的用途繼續（xù）擴大，主要用（yòng）於無線電電子管、恒溫器中作控溫用的熱雙金屬片、長度標尺、大地測量基線尺等；到了八九十年代，廣（guǎng）泛（fàn）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21世紀之後，隨著（zhe）航天（tiān）技術的飛速（sù）發（fā）展，新的應用還包括用在（zài）航天遙感器、精密激光、光學（xué）測量係統和波導管中作結構件、顯微鏡、天（tiān）文望遠鏡中巨大透鏡的支撐係統（tǒng）和需要安裝透鏡的各種各樣科學儀器中。

總之，隨（suí）著（zhe）因（yīn）瓦合金不斷應（yīng）用於人造衛星、激（jī）光、環形激光（guāng）陀螺儀和其他先進的高科技產品，有力地表明這些古（gǔ）老（lǎo）的材料正在幫助現（xiàn）代科學向更高水平邁進。