Invar alaşımı, esas olarak demir ve nikelden oluşan ve en önemlisi son derece düşük termal genleşme katsayısıyla karakterize edilen özel bir alaşımdır. "Invar" adı İngilizce "değişmez" kelimesinden gelir ve sıcaklık değişimleriyle neredeyse hiç boyutsal genişleme veya daralma göstermeme özelliğini yansıtır. Invar alaşımları esas olarak yüksek boyutsal kararlılık gerektiren hassas aletlerde, havacılık yapısal bileşenlerinde, optik ekipmanlarda ve sıvılaştırılmış gaz depolama sistemlerinde kullanılır.
Invar Alaşımının Ana Bileşenleri ve Yapısı
Invar alaşımının tipik kimyasal bileşimi yaklaşık %63 demir (Fe), yaklaşık %36 nikel (Ni) olup geri kalanı eser miktarda karbon, silikon, manganez ve diğer elementlerden oluşur. Alaşımın düşük termal genleşme özelliği, benzersiz demir-nikel atomik düzenlemesinden kaynaklanmaktadır; sıcaklık arttıkça alaşımın iç manyetik düzenindeki değişiklikler sıradan metallerin termal genleşme etkisini ortadan kaldırır.
Yaygın Invar alaşım kaliteleri şunları içerir: Invar 36, Invar 32-5, Super Invar ve Kovar. Invar 36 (4J36 veya UNS K93600 olarak da bilinir) en yaygın kullanılan modeldir.
Invar Alaşımının Fiziksel Özellikleri
1. Son derece düşük termal genleşme katsayısı: 20°C ila 100°C sıcaklık aralığında, ortalama doğrusal genleşme katsayısı yalnızca yaklaşık 1,2 × 10⁻⁶/°C olup, sıradan karbon çeliğinden çok daha düşüktür (yaklaşık 12 × 10⁻⁶/°C).
2. Yoğunluk: Yaklaşık 8,1 g/cm³.
3. Isı iletkenliği: Düşük ısı iletkenliği, yaklaşık 10–14 W/(m·K).
4. Manyetik özellikler: Invar alaşımı oda sıcaklığında ferromanyetiktir ve yaklaşık 230°C'lik Curie noktasında manyetizmasını kaybeder.
5. Sertlik: Tavlanmış haldeki Brinell sertliği genellikle 130-180 HB'dir ve bu, soğuk işlem veya yaşlandırma işlemiyle geliştirilebilir.
Invar Alaşımının Avantajları ve Uygulamaları
Invar alaşımının en büyük avantajı değişen sıcaklıklar altında son derece yüksek boyutsal stabilitesinde yatmaktadır. Sıfırın altında onlarca dereceden yüzlerce santigrat dereceye kadar çok düşük bir genleşme oranını korur, bu da onu hassas yapısal bileşenler ve sıcaklık kontrollü ortamlar için ideal kılar.
Ana uygulamalar şunları içerir:
— Optik sistem destekleri, lens yuvaları, interferometre tabanları;
— Havacılık ve uzay ekipmanı, uydu yapısal bileşenleri, hassas jiroskop muhafazaları;
— Sıvılaştırılmış gaz (LNG) depolama tankları ve boru hattı yapıları;
— Elektronik ambalaj, alet terazileri, ölçü blokları ve diğer ölçme aletleri.
Invar Alaşımının İşleme Performansı
Invar alaşımı nispeten kararlı mekanik özelliklere sahip olsa da işlenebilirliği genellikle "işlenmesi biraz zor" olarak kabul edilir. Ana nedenler şunları içerir:
1. Önemli derecede iş sertleştirme eğilimi;
2. Zayıf ısı iletkenliği, kesme ısısının yoğunlaşmasına neden olur;
3. Alet yapışmasına ve aşınmaya eğilimlidir.
Genellikle keskin karbür takımların, daha düşük kesme hızlarının ve basınçlı soğutma sıvısının kullanılması tavsiye edilir. İyi kaynaklanabilirliğe sahiptir, ancak mikroyapının kabalaşmasını önlemek için ısı girişinin sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.
Invar Alaşımının Diğer Malzemelerle Karşılaştırılması
Sıradan karbon çeliğiyle karşılaştırıldığında Invar alaşımının termal genleşme katsayısı yalnızca 1/10'dur; Paslanmaz çelikle karşılaştırıldığında Invar alaşımı biraz daha düşük mukavemete sahiptir ancak daha iyi termal stabiliteye sahiptir; Titanyum alaşımlarıyla karşılaştırıldığında Invar alaşımı, düşük sıcaklıklarda üstün boyutsal stabiliteye sahiptir ve bu da onu kriyojenik mühendislik ve metroloji cihazlarında vazgeçilmez kılar.
Tipik Yurtiçi ve Uluslararası Notlar
— Çin Sınıfları: 4J36, 4J32-5, 4J38;
— ABD UNS Numaraları: K93600 (Invar 36), K93500 (Süper Invar);
— Alman DIN Sınıfı: 1.3912;
— Fransızca AFNOR: FeNi36.
Invar alaşımı, mükemmel termal stabilitesi ve kaynaklanabilirliği nedeniyle havacılık, optik ve kriyojenik mühendislik alanlarında yaygın olarak kullanılan tipik bir "düşük genleşmeli hassas alaşımdır". İşlenmesi zor olmasına rağmen boyutsal stabilitesi neredeyse yeri doldurulamaz olduğundan hassas mühendislikte temel malzemelerden biri haline gelir.
