Инвар

ИнварИНВАР (от invariable - неизменяемый), сплав никеля с железом, с чрезвычайно малым коэффициентом  расширения, почти в 10 раз меньшим, чем коэффициент расширения железа. Инвар открыт директором Международного бюро мер и весов, проф. Гильомом. При исследований никелевой стали оказалось, что ее магнитные свойства, упругость и коэффициент расширения претерпевают закономерные изменения в строгом соответствии с изменением состава. Для метрологических целей особенный интерес представляет изменение термического коэффициента расширения сплава железа с никелем (α20). На графике (см. фиг.) наглядно иллюстрируется указанная зависимость. Точка А отвечает коэффициенту расширения α-железа, точка С - коэффициенту расширения γ-железа (см. Железо, Гамма-железо), точка В - коэффициенту расширения чистого никеля.

При постепенном увеличении содержания в сплаве никеля коэффициент расширения этого сплава, вначале мало отклоняющийся от направления СВ, при содержании 25% никеля начинает сильно уменьшаться и достигает минимума при содержании в стали 36% никеля.

График линейного расширения инвара

При дальнейшем увеличении содержания никеля коэффициент расширения повышается. Упомянутый 36%-ный сплав никеля с железом Гильом и назвал инваром. Если принять во внимание, что сплав этот противостоит действию химических агентов, почти не изменяется на воздухе, легко подвергается обработке и хорошо полируется, то становится понятным распространение этого сплава для изготовления различных точных, не изменяющихся изделий. Недостаток инвара состоит в том, что с течением времени термический коэффициент расширения его претерпевает изменения. При обыкновенной температуре линейка из инвара очень медленно удлиняется; если же ее выдерживать при 100°С, то процесс удлинения ускоряется и, примерно, через 100 часов доходит до максимума. При охлаждении до нормальной температуры изменение длины вновь начинает обнаруживаться, и это явление наблюдается в течение многих лет. По мере увеличения содержания никеля, указанное явление в инваре постепенно ослабляется и в 43%-ной никелевой стали исчезает, снова появляясь при дальнейшем обогащении сплава никелем до 70%, когда получается уже совершенно неизменяемый сплав. Исследуя причины описанной неустойчивости инвара, Гильом нашел, что углерод, всегда присутствующий в железе, играет большую роль в этом явлении. Устойчивость инвара находится в прямой зависимости от количества содержащегося в сплаве углерода: чем это содержание меньше, тем сплав устойчивее. Уменьшить или даже совершенно устранить это вредное влияние углерода оказалось возможным путем добавления к сплаву хрома или ванадия в небольшом количестве. Т. о. была разрешена задача изготовления сплава с малым и неизменным коэффициентом расширения. Применение никелевой стали не ограничивается лишь изготовлением мер длины (геодезических базисных мер, проволок и т. п.), но имеет место и в часовом деле при изготовлении маятников из двух металлов - стали и латуни - для сохранения возможно большего постоянства их длины при изменениях температуры; никелевую сталь можно подобрать так, что достигается полная гарантия неизменности длины маятника при всяких температурах, а не только для двух определенных значений температур, как то было достижимо при применении обыкновенной стали.

Изучая изменение упругих свойств никелевой стали, Гильом нашел еще один способ ее применения. Коэффициент упругости данной никелевой стали при разных температурах изменяется вместе с изменением термического коэффициента расширения: чем этот последний меньше, тем коэффициент упругости больше. Но если к никелевой стали прибавить марганец или хром, то способность ее к изменению упругих свойств ослабляется, и при содержании 12% хрома это изменение в пределах определенных температур становится почти незаметным. Получаемый т. о. сплав, названный Гильомом эльинваром, т. е. сплав с неизменяющимся коэффициентом упругости, нашел себе применение в некоторых областях техники, например, для изготовления нитей в крутильных весах, для изготовления часовых пружин и т. п.

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 9 - 1929 г.