低热膨胀合金 (low expansion alloy)

室温附近线膨胀系数低于4×10^-6/℃的铁基、钴基、铂基热膨胀合金，包括经典的因瓦合金(FeNi36)、超因瓦合金(FeNi31Co5)、不锈因瓦合金(Co54Cr9Fe)及FePt53合金。后者在-40℃附近具有最大负值线膨胀系数(-35×10-6/℃)，在0～40℃温度范围为-2.7×10^-6/℃。不锈因瓦合金线膨胀系数低于超因瓦合金，耐海水腐蚀。不锈因瓦合金和FePt53合金的线膨胀系数对化学成分非常敏感，而且主要元素为稀贵元素，因此用量很少，尤其是FePt53合金几乎无实用价值。

性能及影响因素主要合金及性能列于表。影响热膨胀合金性能的最主要因素是化学成分，其次是内应力。铁镍基合金中，镍+钴总量为36％时，线膨胀系数最低。总量为34％或39％时，线膨胀系数都高于2.5×10^-6/℃。膨胀曲线的弯曲点几乎与镍+钴总量成正比，因此在-40℃附近使用时选用FeNi34合金，在300℃以上使用时选用镍含量高于42％的铁镍合金，因为它们在相应温度下具有较低的线膨胀系数，尽管在室温附近线膨胀系数高于FeNi36合金。不锈因瓦合金对化学成分波动更是敏感，比如同是退火态，钴含量也相同，只是一个含铁37％、含铬9％，另一个含铁36.5％、含铬9.5％，前者室温附近的线膨胀系数为-1.2×10^-6/℃，后者为0.05×10^-6/℃内应力可以降低热膨胀合金的线膨胀系数，例如冷变形和切削加工，或是加热到高温后快冷，都使合金线膨胀系数降低。然而随着时间的推移，内应力释放，膨胀系数又升高，因此快冷必须结合低温回火，才能保证性能稳定。

中国低膨胀合金牌号及退火态性能

应用开发法国是全世界低膨胀合金工业化最早的国家，也是生产牌号最多的国家，有标准因瓦合金、超级因瓦合金、大地测量因瓦合金、低温因瓦合金及ADR等牌号。日本生产的低热膨胀合金牌号也较多，除了因瓦合金、超因瓦合金、不锈因瓦合金以外，最近又开发了高强度低热膨胀合金和无磁低热膨胀合金，其中MGA-13T合金和KEL-52合金室温至100℃的平均线膨胀系数为2.5×10^-6/℃，抗拉强度达1100MPa；KEL-11为非铁磁性，室温至100℃的平均线膨胀系数低于0.5×10^-6/℃。低热膨胀合金主要用于微波设备的谐振腔、彩色显像管的荫罩、标准尺、大地测量丝、精密天平臂梁、精密电容器片、液态天然气贮罐和输送管道、热双金属被动层，以及要求尺寸恒定的精密仪器仪表元件。中国于1958年开始研制低热膨胀合金，1960年开始批量生产，不久就开发了多种牌号低热膨胀合金，扩大了生产规模，到60年代中期，不仅按照国家标准供应全国用户，而且还能满足某些用户的特殊要求，例如线膨胀系数低于0.5×10^-6/℃或低于3×10^-6/℃，而抗拉强度高于1000MPa，不含钴的低热膨胀合金。上面所提到的低热膨胀合金，除日本开发的KEL-11以外，都是铁磁性材料，而一些电子设备和精密仪表元件，如录音录像磁头的支架、彩色显像管零件、电子显微镜零件、核反应堆附近的测量仪表零件等，使用的低热膨胀合金应当是非铁磁性的。使用的大部分低热膨胀合金是铁镍基，韧性高，切削过程不断屑，严重地降低车削速度，而且降低加工件的表面质量，因此不得不在合金中加入硒、钙、铅、硫等元素，从而出现了切削因瓦合金。切削因瓦合金中这些元素的总添加量不得超过0.25％，否则低热膨胀合金的热膨胀性能和延展性都受到很大影响。标准频率发生器和波长计等精密器件，既要求恒弹性又要求低热膨胀特性，有待于研究开发。