1896年（nián）法國物理學家C.E.Guialme發現了一種奇妙的合金（jīn），這種（zhǒng）合金在磁性溫度即居裏點附近（jìn）熱膨（péng）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（jìn）很寬的溫度範圍內，獲得很小的甚至接近零的（de）膨脹係數，這種合（hé）金的組成（chéng）是64%的Fe和36%的（de）Ni，呈麵心（xīn）裏方結構（gòu），其牌（pái）號（hào）為Dilaton 36/4J36，它的中文名字叫殷（yīn）鋼，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是（shì）體積不（bú）變。這個卓越的（de）合金對科學進步的貢獻如此之大，致使其發現者法國人C.E.Guilaume為此獲得（dé）1920年的諾貝爾獎，在曆史上他是第一位也是唯（wéi）一的科學家因一項冶金學成果而獲此殊榮。

一、因瓦效應

因（yīn）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（de）工業應用（yòng）潛（qián）力和所蘊含的豐富的物理內（nèi）容所吸引，因瓦效應的研究不僅是闡明金（jīn）屬及（jí）其合（hé）金、化合物磁性起源的重要途徑，而且在精密儀器儀表、微波通訊、石油運輸（shū）容器以及高科技產品等領域有（yǒu）廣泛的實際作用，因而因瓦合金是（shì）許多冶（yě）金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題。一般來說，絕大多數金（jīn）屬和合金（jīn）都是在受熱時體（tǐ）積膨脹，冷卻時體（tǐ）積收縮，它們的（de）熱膨脹（zhàng）係數呈線性增大，但（dàn）是元素周期表中（zhōng）的鐵、鎳、鈷等過渡（dù）族元（yuán）素組成的某些（xiē）合金，由於它們的鐵磁性，在一定的溫度範圍內（nèi），熱膨脹不（bú）符合正（zhèng）常的膨脹規律，具有因瓦效應的反常熱（rè）膨脹（zhàng）。例如，因（yīn）瓦合金(Invar)在居裏點以上的熱膨脹（zhàng）與一般合金相似，但在居裏點以下形成反（fǎn）常熱膨脹，為了搞清因瓦合金的機理，科學家們作（zuò）了大量的實驗，試驗表明，它的機理與化學成分及磁（cí）性有（yǒu）關（guān），它（tā）在一定（dìng）範圍的線膨脹（zhàng）係數是由低膨脹和高膨脹兩部分組成，含鎳量在一定範圍內（nèi）的增減會引起（qǐ）鐵、鎳合金線膨脹係數的急劇變化（huà）。當（dāng）含有32%-36%的鎳合金具有很低的線膨脹係數，一般平均膨脹係數為ã=1.5×10^-6 /℃，當含Ni量達到（dào）36%時，因瓦合（hé）金熱膨脹係數最低，達（dá）到a=1.8×10^-6 /℃，從而可獲得低到接近零值甚至負（fù）值的熱膨（péng）脹（zhàng）係數。該合金在（zài）居裏（lǐ）溫度以上（230℃），失去了磁（cí）性，膨脹係數變大，而在居裏點Tc附近熱脹係數比正（zhèng）常的係數小，出現所謂的“負反常（cháng）”現象。為什麽因瓦（wǎ）合（hé）金會隨化學成分及磁性的變化（huà）會出現“負反常”的熱膨脹係數？科學家根據試驗結果，在理論方麵（miàn）對其進行了廣泛（fàn）的研究，研（yán）究表明因瓦（wǎ）效應主要（yào）是在具有麵心裏方的γ-Fe中出現（xiàn），在γ相和α相的相界，當α相為零時就出現因瓦效應（yīng），像這樣關於隻在γ-Fe係合金中出現因瓦效應的原（yuán）因，目前有各（gè）種解釋（shì），但是大多數人（rén）認為，有兩種（zhǒng）：

（1）在fcc合金中，Fe具有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積膨脹。這（zhè）樣從居裏溫度以上（shàng）的溫度區逐漸降低（dī）過程中（zhōng）Fe從低（dī）自旋向高自旋能態過渡，使合金體積逐漸膨脹（zhàng）。但是，隨著溫度的（de）降低，晶格振動減弱，合金體積也同時縮小，這個效應與Fe的磁性膨脹之間發生竟爭，結果使實際體積變化減（jiǎn）小，產生正（zhèng）的自發體積磁致伸縮，使因（yīn）瓦合（hé）金在居裏點附近出現所謂的“負反常”。

（2）invar合金的費米能級位於d能帶低（dī）能態密度附近，從（cóng）而（ér）在鐵磁性極化（huà）的同時，電（diàn）子動能的增長比普通（tōng）合金大得多，能帶寬度減小（能態密度提高），使之力（lì）圖減少動能的增長，而能帶寬度的減（jiǎn）小相當於晶格膨脹，即（jí）磁性膨（péng）脹，其結（jié）果和上述（1）一樣，由於晶格膨脹與晶（jīng）格振動相競爭，於是出（chū）現低（dī）膨脹特性。考察以上兩種見解（jiě），可以發現，invar效應是由Fcc立方Fe基合金的鐵磁性的能態所具有的一種（zhǒng）特性引（yǐn）起的，這是上述兩種解釋都包含（hán）的共同概念。根據這個概念，可以設計其它因瓦合金。

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（cháng）含（hán）有32%-36%的鎳，還含有（yǒu）少量的S、P、C等元素，其餘為60％左右的Fe，由於鎳（niè）為擴大奧氏體元素，故高鎳使奧氏體轉為馬氏體的相變降至室溫以下，－100～－120℃，因而經退火後，因瓦合（hé）金（jīn）在室溫及室（shì）溫以下一定溫度範（fàn）圍內，均具有麵心晶格結構的奧氏體組織，也是鎳溶於γ-Fe中形成的固溶體，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（bú）發生變化。

2．強度、硬度不高

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

3．導（dǎo）熱（rè）係數低

因（yīn）瓦（wǎ）合金的導熱係數為0.026～0.032cal/cm•sec•℃，僅為（wéi）45鋼導熱係數的1/3-1/4。

4．塑性、韌性高

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

5．其它性能

由於因瓦（wǎ）合金含鎳較高，提高了鋼的淬透性和可（kě）淬性，提高了鋼的耐氣性，耐蝕性和耐磨性（xìng）。

通過因瓦合金的化學成分、金相組織及機械、物理性能分析可知（zhī），因瓦合金的切削加工性與奧氏體不鏽鋼類似，但比（bǐ）奧氏體不鏽鋼還要難加工，故因瓦合金在加工中主要具有切削力（lì）大、切削溫度高、刀具磨損快等特點，因而因瓦合（hé）金在加工過程中，出現軟、粘和很大（dà）的塑性，切屑不易折斷，增加了切屑和前到麵的摩擦，加劇了刀具的磨損，這樣不僅降低（dī）了刀具的耐用度，而且降（jiàng）低（dī）了（le）工件的加工精度，因而在加工因瓦（wǎ）合金加工時，必須采用高性（xìng）能的（de）硬質合金塗層（céng）刀具（jù）和新的加工方（fāng）法，才能使切削加工順（shùn）利進行，隻要方法得當，就（jiù）可使難加工的因瓦合金變得（dé）很容易加工，使因瓦合（hé）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（zhǐ），也是我們所要達到的目標。

三、因瓦合金的發展及應用前景

自從（cóng）因瓦合金(德鎳 Dilaton36)的發（fā）現，引（yǐn）起（qǐ）了世（shì）界各國科學家的（de）重視和研究，使得因瓦（wǎ）合金無論是（shì）從種類還是（shì）從性能和應用上都得到了極大的（de）提高。如1927年日本增本量首先（xiān）研製出Fe—Ni—Co和Fe—Ni—Cr因瓦合金，1937年德（dé）國A..Kussmann研製出Fe—Pt和Fe—Pd因（yīn）瓦合金等；我國在五、六十年代也研製出4J32和4J36因瓦（wǎ）合金；經過將70年的發（fā）展，直到20世紀70年代，美國Inco公（gōng）司研製出Incoloy903合金，才使低膨脹合金進入了高溫用途領域，到（dào）80年代末期，才形成（chéng）了現代低膨脹（zhàng）超合金係列。作為（wéi）低膨脹合金（jīn）都要求組織穩定性，一般要求在－60℃～－70℃下不發生馬氏體相變。因為一發生這種相變，合金的（de）膨脹係數會（huì）發生突變，導致（zhì）應用出現故障（zhàng），這是不允許的。可貴的是，FeNi36因瓦合金和FeNi32Co4超因瓦合金，在-273℃下也能保持組織穩定性，因而至今廣泛應用的隻有因瓦合金和超因瓦合金，近幾年來在改進它們的質量，擴大使用範圍，科學家們做了大量的研（yán）究工作，經過100多年（nián）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。

在因瓦合金問世的一百多年（nián）以來，取（qǔ）其低膨脹係數低這一特征的應用領域迅速擴大，用因瓦合金製造的精密儀器（qì）儀（yí）表、標準鍾的擺杆、擺輪及鍾表的遊絲成為（wéi）早期最重要的產品，在上世紀20年代用因（yīn）瓦合金（jīn）代替鉑用作於（yú）玻（bō）璃（lí）封接的引絲，大大的降低了成本；到了五、六十年代，因瓦合金的用途繼續（xù）擴大，主要用於無線電電子管（guǎn）、恒溫器中作控溫用的熱雙（shuāng）金屬片、長度標尺、大（dà）地測量基線尺等；到了八（bā）九十年代（dài），廣泛用於微波（bō）技術、液（yè）態氣體儲容器、彩電（diàn）的陰罩鋼帶、架空輸電線芯材、湝振腔、激光（guāng）準直儀腔體（tǐ）、三步重複光刻相機基（jī）板等。進（jìn）入21世紀之後，隨著航天技（jì）術的飛速發展，新的應用還包括用（yòng）在航天（tiān）遙感器、精密激光、光學測量係（xì）統和波導管（guǎn）中作結構件、顯微鏡、天文望遠鏡中（zhōng）巨大透鏡的支撐係統和需要安裝透鏡的各種各（gè）樣科學儀器中。

總之，隨（suí）著因瓦合金不斷應用於人造衛星（xīng）、激光、環形激光陀螺儀和其他（tā）先進的高科技（jì）產品（pǐn），有（yǒu）力地表明這些古老的材料正在幫助現代科學向更高水平邁進。