1896年法國物（wù）理學家C.E.Guialme發（fā）現了一（yī）種奇妙的合金，這種合金在磁性溫度即居裏點附近熱膨脹係數顯著減少，出現所謂反常熱膨脹現象（負反常），從而可以在室溫附近很寬的溫（wēn）度（dù）範圍內，獲得很小的甚至接近零的膨脹係數，這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈麵心裏方結構，其牌號為Dilaton 36/4J36，它的中文名（míng）字叫殷鋼，英文名字叫因瓦（wǎ）合金（invar），意思是體積不變。這個卓越的合金對科學進步的貢獻如此之大，致使其發現者法（fǎ）國人C.E.Guilaume為此獲得1920年的諾貝爾獎，在曆（lì）史上他是第一位也是唯一的科學家因一項（xiàng）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（fā）現（xiàn）以來，人們就被（bèi）它的巨大的工業應用潛力和所（suǒ）蘊含的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金、化合物磁性起源的重（chóng）要途徑，而且在精密儀（yí）器儀（yí）表、微波通（tōng）訊、石油（yóu）運輸容器以及高科（kē）技產品等領域有廣泛的實際（jì）作用，因（yīn）而因瓦合金是許多冶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（dài）解（jiě）決的難題（tí）。一般（bān）來說，絕大（dà）多數金屬和合（hé）金（jīn）都是在受熱時體積（jī）膨脹，冷卻時體積收縮（suō），它們的熱膨脹（zhàng）係數（shù）呈線性增大（dà），但是元素周（zhōu）期表中的鐵、鎳、鈷等過渡族元素組成的某些合金，由於它們的（de）鐵磁性，在一定的（de）溫度範（fàn）圍內，熱膨脹不符合正常的膨（péng）脹（zhàng）規律，具有因瓦效應的反常（cháng）熱膨脹。例如，因瓦合金(Invar)在居裏點以上的熱（rè）膨脹與一般合金相（xiàng）似，但在居裏點以下形（xíng）成反常熱膨脹，為了搞清因瓦合金（jīn）的機理（lǐ），科學家們作了大量的實驗，試驗表明，它（tā）的機理與化學成分及磁性有關，它在一定範（fàn）圍（wéi）的線膨脹係數是（shì）由低膨脹和高膨（péng）脹兩部分組成，含（hán）鎳量在一定範圍內的增減會引起（qǐ）鐵、鎳合金線膨脹係數的急劇變化。當含有32%-36%的鎳合金具有很低的線（xiàn）膨脹係數，一般平均膨脹（zhàng）係數為ã=1.5×10^-6 /℃，當含Ni量達到36%時，因瓦合金熱膨脹係數最低，達到（dào）a=1.8×10^-6 /℃，從而可（kě）獲得低到接近零值甚（shèn）至負值的熱膨（péng）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，而在居裏點Tc附近熱脹係數比正常的係數小，出現所謂的“負反常”現象。為什麽因瓦合金會隨化學成分及磁性的變化會出現“負反常”的熱膨脹係數（shù）？科學家根據試驗結果，在理論（lùn）方麵對其進（jìn）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（de）γ-Fe中出現，在γ相和（hé）α相的相界，當α相為零時就出（chū）現因瓦（wǎ）效應，像這樣關於隻在γ-Fe係合金中出現因瓦效應的原因，目前有各種解釋，但是大（dà）多數人認為，有兩種：

（1）在fcc合金中，Fe具有高自（zì）旋和低自（zì）旋兩種不同的能態，高自（zì）旋態使鐵磁性穩定並使合金的體積膨脹。這樣從居裏溫度以（yǐ）上的溫度區（qū）逐漸降低（dī）過程中Fe從低自旋（xuán）向高自（zì）旋能態過渡，使合金體（tǐ）積逐漸膨脹。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（xiào）應與Fe的磁性膨脹之間發生（shēng）竟爭，結果使實際體積變化減小，產生正（zhèng）的自發體積磁致伸縮，使因瓦合（hé）金在居裏點附近出現所謂的“負反常”。

（2）invar合金的費米（mǐ）能級位於d能（néng）帶低能態密度附近，從而在鐵磁性（xìng）極化的同時，電子（zǐ）動能的增（zēng）長比（bǐ）普通合金大得多，能帶寬度減小（能態密度提高），使之力圖（tú）減少動能的增長，而能帶寬度的減小相當於晶（jīng）格膨脹，即磁性膨脹，其（qí）結果和上述（shù）（1）一樣，由於晶格（gé）膨脹與晶格振動相競爭，於是出（chū）現低膨脹特性。考察（chá）以上兩種見解，可以發現（xiàn），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特性引起的，這是上述兩種解釋都包含的共同概念。根據這個概念，可以設計其它因（yīn）瓦合金。

二、因瓦合金的特性

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)屬於鐵（tiě）基高鎳（niè）合金，通常含（hán）有32%-36%的鎳，還含有少量的S、P、C等元素，其（qí）餘（yú）為60％左右的Fe，由於鎳為擴大奧氏體元（yuán）素，故高鎳（niè）使奧（ào）氏體轉為馬（mǎ）氏體的相變降（jiàng）至室溫（wēn）以下，－100～－120℃，因而經退火後，因瓦合金在（zài）室溫及室溫以下一定溫度（dù）範圍內，均具有麵心晶格結構的（de）奧氏體組織，也是鎳溶於γ-Fe中形成的固溶體，因而（ér）因瓦（wǎ）合（hé）金具有以下性能。

1．膨脹係數小（xiǎo）

因瓦合金也（yě）叫不脹鋼，其（qí）平均膨脹係數一般為1.5×10^-6℃，含鎳在36%是達（dá）到1.8 ×10^-8℃，且在室（shì）溫－80℃—+100℃時均不發生變化。

2．強度、硬度（dù）不高

因瓦合（hé）金含（hán）碳量小於0.05%，硬度和強度不高，抗（kàng）拉強度在517Mpa左右，屈服強（qiáng）度在276Mpa左右，維氏硬度在160左右，一（yī）般可以通過（guò）冷變（biàn）形來（lái）提高強度，在強度（dù）提高的（de）同時仍具有良好的塑性。

3．導熱係數（shù）低（dī）

因瓦合金的導（dǎo）熱係（xì）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（xìng）高

因（yīn）瓦（wǎ）合金的延伸率和斷麵收縮率以及衝擊韌性都（dōu）很高，延伸（shēn）率δ= 25-35%，衝擊韌性αK=18-33公斤米/厘（lí）米2。

5．其它性能

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

通過因瓦合金的化學成分、金相組織及機械、物（wù）理性（xìng）能分析可知，因瓦合金的切削加工性與（yǔ）奧氏體不鏽鋼（gāng）類似，但比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大、切削溫度高、刀具磨損快等特點（diǎn），因而因瓦合金在加工過程中，出現軟、粘和很大（dà）的塑性，切屑不易折斷，增加了切屑和（hé）前到麵的摩擦，加劇了刀具的磨損，這樣不僅降低了（le）刀具的耐用度，而且降低了工件的（de）加（jiā）工精度，因而在加工因瓦合金（jīn）加工時，必須采用高性能的硬（yìng）質合（hé）金塗層刀具和新的加工（gōng）方法，才（cái）能使切（qiē）削加工順利進行，隻要方法得當，就可使難加工的因瓦合金變得很容（róng）易加工，使因瓦（wǎ）合金由“難加工成變成易切削”是我們研究因瓦合金材料性（xìng）能的宗旨，也是我（wǒ）們所要達到的目標。

三、因瓦合（hé）金的發展及應用前景

自從因瓦合金(德鎳 Dilaton36)的發現，引起了世界（jiè）各國科學家（jiā）的重視和研究，使得因瓦合金無論是從種類還是從性能和應（yīng）用上都得到了極大的提高。如1927年日本增本量首先研（yán）製出Fe—Ni—Co和Fe—Ni—Cr因瓦合金，1937年德（dé）國A..Kussmann研（yán）製出Fe—Pt和Fe—Pd因瓦合金等；我國在（zài）五、六十年代也研（yán）製出（chū）4J32和4J36因瓦合（hé）金；經過將（jiāng）70年（nián）的發展，直到20世紀70年代，美國Inco公司研製出Incoloy903合金，才使低膨脹合金進入了高溫用途領域，到80年代（dài）末期，才形成了（le）現代低膨脹超合金係列。作為（wéi）低膨脹（zhàng）合金都要求組織（zhī）穩定（dìng）性，一（yī）般要求在－60℃～－70℃下不發生馬氏體相變。因為一發生這種相變，合金的膨脹係數會發生突（tū）變，導致應用出現故障，這是不允許的。可（kě）貴的是，FeNi36因瓦合金和FeNi32Co4超因瓦合金，在-273℃下也能保（bǎo）持組織穩（wěn）定性，因而至今廣泛應用（yòng）的隻有因瓦（wǎ）合金和超（chāo）因（yīn）瓦合（hé）金，近幾年來在改進（jìn）它們的質量，擴大使（shǐ）用範圍，科學家們做了大量的研究工作，經過100多年的發展，因（yīn）瓦合金仍然是被廣泛應用的經久不（bú）衰（shuāi）的優（yōu）質材料。

在因瓦合金（jīn）問世的一百多年以來，取其低膨脹係數低這一特征的應（yīng）用領域迅速擴大，用因瓦合金製（zhì）造的精密儀器儀表、標（biāo）準鍾的擺杆（gǎn）、擺輪及鍾（zhōng）表的遊絲成為早期最重要（yào）的產品，在上世紀20年代用因瓦合金代替鉑用作於玻（bō）璃封接的（de）引絲，大大的降低了成本；到了五、六十年代，因瓦合金的（de）用途繼續擴大，主要用於無線電電子管、恒溫器中作（zuò）控溫用的（de）熱雙金（jīn）屬片、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（cái）、湝振腔（qiāng）、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，隨著航天技術（shù）的飛速發（fā）展，新的應用（yòng）還包括用在航天遙感器、精密激光、光學測量係統和波導管（guǎn）中作結構件、顯微鏡、天文望遠鏡中巨大透鏡的支撐（chēng）係統和（hé）需要安裝透鏡的各種各樣科（kē）學（xué）儀器中。

總（zǒng）之，隨著因瓦（wǎ）合金不斷應用於人造衛（wèi）星、激光、環形激光陀螺儀和其他先進的高科技產品，有（yǒu）力地（dì）表明這些古老的材料正在幫助現代科學向（xiàng）更（gèng）高水平邁進。