인바 합금이란 무엇입니까?

2025,09,30

인바 합금은 주로 철과 니켈로 구성된 특수 합금으로, 특히 열팽창 계수가 매우 낮은 것이 특징입니다. 인바(Invar)라는 이름은 영어의 불변(invariable)이라는 단어에서 유래되었는데, 이는 온도 변화에 따른 치수 팽창이나 수축이 거의 없는 특성을 반영한 것입니다. Invar 합금은 주로 높은 치수 안정성을 요구하는 정밀 기기, 항공우주 구조 부품, 광학 장비 및 액화 가스 저장 시스템에 사용됩니다.

인바합금의 주요성분 및 구조

Invar 합금의 일반적인 화학적 조성은 철(Fe) 약 63%, 니켈(Ni) 약 36%이며 나머지는 미량의 탄소, 규소, 망간 및 기타 원소입니다. 합금의 낮은 열팽창 특성은 독특한 철-니켈 원자 배열에서 비롯됩니다. 온도가 증가함에 따라 합금 내부 자기 질서의 변화는 일반 금속의 열팽창 효과를 상쇄합니다.

일반적인 Invar 합금 등급에는 Invar 36, Invar 32-5, Super Invar 및 Kovar가 있습니다. Invar 36(4J36 또는 UNS K93600이라고도 함)이 가장 널리 사용되는 모델입니다.

인바 합금의 물리적 특성

1. 극히 낮은 열팽창계수: 20℃ ~ 100℃의 온도 범위 내에서 평균 선팽창계수는 약 1.2 × 10⁻⁶/℃에 불과하며 일반 탄소강(약 12 × 10⁻⁶/℃)보다 훨씬 낮습니다.

2. 밀도: 약 8.1g/cm3.

3. 열 전도성: 낮은 열 전도성, 약 10-14 W/(m·K).

4. 자기적 특성: 인바 합금은 상온에서 강자성을 띠며 약 230℃의 퀴리점에서 자성을 잃습니다.

5. 경도: 어닐링 상태의 브리넬 경도는 일반적으로 130-180HB이며 냉간 가공이나 시효 처리를 통해 향상될 수 있습니다.

인바 합금의 장점 및 응용

인바 합금의 가장 큰 장점은 다양한 온도에서 매우 높은 치수 안정성에 있습니다. 이는 영하 수십도에서 수백도까지의 범위에서 매우 낮은 팽창률을 유지하므로 정밀 구조 부품 및 온도 제어 환경에 이상적입니다.

주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

— 광학 시스템 지지대, 렌즈 마운트, 간섭계 베이스;

— 항공우주 장비, 위성 구조 부품, 정밀 자이로스코프 하우징;

— 액화 가스(LNG) 저장 탱크 및 파이프라인 구조;

— 전자 포장, 계측기 저울, 게이지 블록 및 기타 측정 도구.

인바 합금의 가공 성능

인바 합금은 상대적으로 안정적인 기계적 특성을 갖고 있지만, 일반적으로 가공성은 "가공하기가 약간 어렵다"고 간주됩니다. 주요 이유는 다음과 같습니다.

1. 가공경화 경향이 크다.

2. 열전도율이 낮아 절삭열이 집중됩니다.

3. 도구가 고착되거나 도구가 마모되기 쉽습니다.

일반적으로 날카로운 초경 공구, 낮은 절삭 속도 및 강제 절삭유를 사용하는 것이 좋습니다. 용접성은 좋지만 미세구조 조대화를 방지하려면 열 입력을 엄격하게 제어해야 합니다.

인바 합금과 다른 재료의 비교

일반 탄소강과 비교하여 Invar 합금의 열팽창 계수는 1/10에 불과합니다. 스테인레스강에 비해 Invar 합금은 강도가 약간 낮지만 열 안정성은 더 좋습니다. 티타늄 합금에 비해 Invar 합금은 저온에서 치수 안정성이 뛰어나 극저온 엔지니어링 및 계측 장비에서 대체할 수 없습니다.

일반적인 국내 및 국제 등급

— 중국 등급: 4J36, 4J32-5, 4J38;

— 미국 UNS 번호: K93600(Invar 36), K93500(Super Invar);

— 독일 DIN 등급: 1.3912;

— 프랑스 AFNOR: FeNi36.

인바 합금은 우수한 열 안정성과 용접성으로 인해 항공우주, 광학, 극저온 공학 분야에서 널리 사용되는 대표적인 '저팽창 정밀 합금'이다. 가공이 어렵지만 치수 안정성은 거의 대체할 수 없으므로 정밀 공학의 필수 기본 재료 중 하나입니다.

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