インバー合金とは何ですか?

2025,09,30

インバー合金は主に鉄とニッケルで構成される特殊な合金で、最も顕著な特徴は熱膨張係数が極めて低いことです。「インバー」という名前は英語の「不変」に由来しており、温度変化による寸法伸縮がほとんどないという特性を反映しています。インバー合金は主に、高い寸法安定性が要求される精密機器、航空宇宙構造部品、光学機器、液化ガス貯蔵システムに使用されています。

インバー合金の主成分と構造

インバー合金の典型的な化学組成は、約 63% が鉄 (Fe)、約 36% がニッケル (Ni) で、残りは微量の炭素、シリコン、マンガン、その他の元素です。この合金の低熱膨張特性は、その独特の鉄 - ニッケル原子配列に由来します。温度が上昇すると、合金の内部磁気秩序が変化し、通常の金属の熱膨張の影響が打ち消されます。

一般的なインバー合金グレードには、インバー 36、インバー 32-5、スーパーインバー、コバールなどがあります。 Invar 36 (4J36 または UNS K93600 とも呼ばれます) が最も広く使用されているモデルです。

インバー合金の物性

1. 極めて低い熱膨張係数：20℃～100℃の温度範囲での平均線膨張係数はわずか約1.2×10-6/℃であり、一般の炭素鋼（約12×10-6/℃）に比べて大幅に低くなります。

2. 密度: 約 8.1 g/cm3。

3. 熱伝導率：熱伝導率が低く、約10～14W/(m・K)。

4. 磁気特性: インバー合金は室温では強磁性ですが、約 230℃のキュリー点で磁性を失います。

5. 硬度：焼きなまし状態のブリネル硬度は一般に 130 ～ 180 HB ですが、冷間加工または時効処理によって向上させることができます。

インバー合金の利点と用途

インバー合金の最大の利点は、さまざまな温度下での極めて高い寸法安定性にあります。零下数十度から摂氏数百度までの範囲で非常に低い膨張率を維持するため、精密構造コンポーネントや温度管理された環境に最適です。

主な用途は次のとおりです。

— 光学システムサポート、レンズマウント、干渉計ベース。

— 航空宇宙機器、衛星構造部品、精密ジャイロスコープハウジング。

— 液化ガス (LNG) 貯蔵タンクおよびパイプライン構造。

— 電子パッケージ、計器スケール、ゲージブロック、その他の測定ツール。

インバー合金の加工性能

インバー合金は比較的安定した機械的性質を持っていますが、その被削性は一般的に「やや加工が難しい」と考えられています。主な理由は次のとおりです。

1. 顕著な加工硬化傾向。

2. 熱伝導率が悪く、切削熱が集中する。

3. 工具の固着や工具の摩耗が起こりやすい。

一般に、鋭利な超硬工具、低速の切削速度、および強制冷却剤を使用することをお勧めします。溶接性は良好ですが、微細組織の粗大化を避けるために入熱を厳密に制御する必要があります。

インバー合金と他の材料の比較

通常の炭素鋼と比較して、インバー合金の熱膨張係数はわずか 1/10 です。ステンレス鋼と比較して、インバー合金は強度がわずかに低いですが、熱安定性が優れています。チタン合金と比較して、インバー合金は低温での寸法安定性に優れているため、極低温工学および計測機器において不可欠なものとなっています。

代表的な国内および海外グレード

— 中国のグレード: 4J36、4J32-5、4J38。

— 米国 UNS 番号: K93600 (インバー 36)、K93500 (スーパーインバー)。

— ドイツ DIN グレード: 1.3912;

— フランスのAFNOR: FeNi36。

インバー合金は、優れた熱安定性と溶接性により、航空宇宙、光学、極低温工学分野で広く使用されている代表的な「低膨張精密合金」です。加工は難しいですが、寸法安定性が高く、精密工学には欠かせない基礎素材の一つです。

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