1896年法國物理學家（jiā）C.E.Guialme發現了一種奇妙的合金，這種合金（jīn）在磁性溫度即居裏（lǐ）點附近熱膨脹係數顯（xiǎn）著減少，出現所謂反（fǎn）常（cháng）熱膨脹現象（負反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度範（fàn）圍內（nèi），獲得很小的甚至接近零的膨脹係數（shù），這種合金的組成（chéng）是64%的Fe和36%的Ni，呈麵心裏方（fāng）結構，其牌（pái）號為Dilaton 36/4J36，它的（de）中文名字叫殷鋼，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1920年（nián）的諾貝（bèi）爾獎（jiǎng），在曆史上他是第一位也是唯一的科學家因一項冶金學成果而獲此殊（shū）榮。

一、因瓦效應

因瓦合金（jīn）(德鎳 Dilaton36)自從十九世紀被發現以來，人們（men）就被它的巨大的工業應（yīng）用（yòng）潛力和所（suǒ）蘊含的豐富的物理內容所吸（xī）引，因（yīn）瓦效應的研究不僅是闡明金屬及其合金、化合物磁（cí）性起源（yuán）的重要途徑，而且在精（jīng）密儀器儀表、微（wēi）波通訊、石油運輸容（róng）器以及高科技產品等領域有廣泛的實際作用，因而因瓦合金是許多冶金材料學家力（lì）於（yú）開拓的（de）新材料（liào）領域，其（qí）機理也是凝聚態物（wù）理學家尚待解決（jué）的難題。一般來說，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（rè）膨脹係數呈線性增大，但是元素周期表中的鐵、鎳、鈷等過渡族元素（sù）組成的某些合金，由於它們的鐵磁性，在一定的（de）溫度範圍內，熱膨脹不符合正常的膨脹規律，具有（yǒu）因瓦效應的反常（cháng）熱膨脹。例如，因瓦合金(Invar)在（zài）居裏（lǐ）點以上的熱膨脹與一般合金（jīn）相似，但在居裏點以（yǐ）下形成反常熱膨脹，為了搞（gǎo）清因瓦合金（jīn）的機理，科學家們作了大量的實驗，試驗（yàn）表明，它的機理與化學成分及磁性有（yǒu）關，它在一定範（fàn）圍的線膨脹係數（shù）是由（yóu）低膨脹和高膨脹（zhàng）兩部分組成，含鎳量（liàng）在一（yī）定範圍（wéi）內的增減會引起鐵、鎳合金線膨脹（zhàng）係數的急劇變化（huà）。當含有32%-36%的鎳合金具有很低的線（xiàn）膨脹係數，一般平均膨脹係數為ã=1.5×10^-6 /℃，當含Ni量達到（dào）36%時，因瓦合（hé）金熱膨（péng）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負值的熱膨脹係數。該合金在居裏溫（wēn）度以上（230℃），失去了磁（cí）性，膨脹係數變（biàn）大，而在居裏點Tc附（fù）近熱（rè）脹係數比正常的（de）係數小，出現所（suǒ）謂的“負反常”現象。為什麽因瓦合金會隨化學成分及磁（cí）性的變化會出現“負反常”的熱膨脹係數？科學家（jiā）根據試驗結（jié）果，在理論方（fāng）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（miàn）心裏方的γ-Fe中出現，在γ相和α相的相界，當α相為零時就出現因（yīn）瓦效應，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（shì），但是（shì）大多數人認為，有兩種：

（1）在fcc合金中，Fe具有高自旋（xuán）和低（dī）自（zì）旋兩種不同的能態（tài），高自旋（xuán）態使鐵磁性穩定並使（shǐ）合金的（de）體積膨脹。這樣從居裏溫度以上的溫度區逐漸降低過程中Fe從低自（zì）旋向高自旋能態過渡，使合金體（tǐ）積逐漸膨脹。但是，隨著溫（wēn）度的降低（dī），晶格振動（dòng）減弱，合金體積也同時（shí）縮小，這（zhè）個效（xiào）應與（yǔ）Fe的磁性（xìng）膨脹之間發生竟爭，結果使實際體積變化減（jiǎn）小，產（chǎn）生正的自發體積磁致伸縮，使因瓦合金在（zài）居（jū）裏點附近出現所（suǒ）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，從而在鐵磁性極化的同時，電（diàn）子動能的（de）增長比普通合金大得多，能帶寬度減小（能態密度提高），使之力圖減少動能（néng）的增（zēng）長，而能帶寬度的（de）減小相當於晶格膨脹，即磁性膨脹，其結果和上述（shù）（1）一樣，由於晶格膨脹與晶格振動相競爭，於是出現低膨脹特性。考察以上兩（liǎng）種見解，可以發現，invar效應是由（yóu）Fcc立方Fe基合金的鐵磁性的（de）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（gè）概念，可以設計其它因瓦合金。

二、因瓦（wǎ）合（hé）金（jīn）的特性

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)屬（shǔ）於鐵基高鎳合金，通常含有32%-36%的鎳，還含有少量的S、P、C等元（yuán）素（sù），其餘為60％左右的（de）Fe，由於鎳為擴大奧氏體元素，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，因瓦合金在室溫及室溫以下一（yī）定溫度範圍內，均具有麵心晶格結構的奧（ào）氏體組織，也是鎳溶於（yú）γ-Fe中形成的固溶體，因而因瓦（wǎ）合金具有以下（xià）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（dá）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

因瓦合金（jīn）含碳量（liàng）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，一般可以通過冷變形來提高強度，在強度（dù）提高（gāo）的同時仍具有良好的塑性。

3．導熱（rè）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（xìng）高

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

5．其（qí）它性能

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

通過（guò）因瓦合金的化學成分（fèn）、金相組織及機械、物理（lǐ）性能分析可知，因瓦合金的切削加（jiā）工性與奧氏體（tǐ）不鏽鋼（gāng）類似（sì），但比奧氏體不鏽（xiù）鋼還（hái）要難（nán）加工，故因瓦合金在加工中主要具（jù）有切削力（lì）大、切削溫度（dù）高、刀具磨損快等特點，因而因瓦合金（jīn）在加工（gōng）過程中，出現軟（ruǎn）、粘和很大的塑（sù）性，切屑不（bú）易折（shé）斷，增加了（le）切屑（xiè）和前到麵的（de）摩擦，加劇了刀（dāo）具的磨損，這樣不僅降低了刀具的耐用度，而且降低了工件的加工精度，因而在加工因瓦合金加工時，必須采用高性能的硬質合金塗層刀具和新的加工（gōng）方法，才能使切削加工順利進（jìn）行，隻要方法得當，就可使難加工的因瓦合金變得很容易加工，使因瓦合金由“難加工（gōng）成變成易切削”是我們研究因瓦合金材料性能的宗旨，也是我們所要達到的目標。

三、因瓦合金的發展（zhǎn）及應用前景

自從因瓦合金（jīn）(德鎳 Dilaton36)的發現，引起了世界各國科學家的重視和研究，使得因瓦合金無論是從種類還是從（cóng）性能（néng）和應用上都得到了極大的提高。如1927年日本（běn）增本量首先（xiān）研製出Fe—Ni—Co和Fe—Ni—Cr因瓦合金，1937年德國（guó）A..Kussmann研製出Fe—Pt和Fe—Pd因瓦合金等；我國在五、六十年代也研製出4J32和4J36因瓦合（hé）金；經過將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（jīn），才使低膨脹合金進入（rù）了高溫用途領域，到80年代末期，才形成了現（xiàn）代低膨脹超合金係列。作為低膨脹合金（jīn）都（dōu）要求組織穩定性，一般要求在－60℃～－70℃下不發生馬氏體（tǐ）相變（biàn）。因為一發生這種相變，合金的膨脹係數會發生突（tū）變，導致（zhì）應用出現故障，這是不允許的。可（kě）貴（guì）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（yòng）的隻有因瓦合金和超（chāo）因瓦合金，近幾年來在改進它（tā）們的質（zhì）量，擴大使用範圍，科學家們做了大量的研究工作，經過（guò）100多年的發展，因瓦合（hé）金（jīn）仍然是被廣泛應用的經久不衰的優質材料。

在因瓦合金問世的一（yī）百多（duō）年以來，取（qǔ）其低膨脹係數低（dī）這一特征的應用領域迅速（sù）擴大，用因瓦合金（jīn）製造的精密儀器（qì）儀（yí）表、標準鍾的擺杆（gǎn）、擺輪（lún）及鍾表的遊（yóu）絲成為早（zǎo）期最重要（yào）的產品，在（zài）上世紀20年代用因瓦（wǎ）合金代替鉑用作於玻璃封接的引絲，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（dà），主要用於無線電電子管、恒溫器中（zhōng）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（bā）九（jiǔ）十年代，廣泛用於微波技術、液態氣（qì）體儲容器、彩電的陰罩鋼帶、架空輸電線芯（xīn）材、湝振腔、激光準直儀腔體、三步重複（fù）光（guāng）刻相機基板等。進入21世紀之後，隨著航天技術的飛速發展，新的應用還包（bāo）括用在航天（tiān）遙感器、精密激光、光（guāng）學測量係統和波導管中作（zuò）結構件、顯微鏡、天文望遠鏡中巨（jù）大透鏡的支（zhī）撐係統和需要安裝透鏡的各種各樣科學（xué）儀器中。

總之，隨著因瓦（wǎ）合金不（bú）斷應用於人造衛星、激光、環形激光陀螺儀和其他先進的高科技產（chǎn）品，有（yǒu）力地表明這些古老的材（cái）料正在（zài）幫助現代科學向更（gèng）高水平邁進。