不变钢
不变钢（又称恒范钢、因瓦合金、殷瓦钢（Invar），这一名称来自invariable一词，是安赛乐米塔尔所有的注册商标[1]，来源于其在温度变化时膨胀和收缩很小的特性[2]）或称FeNi36或64FeNi。
这是一种镍钢合金，是含镍元素量36%的特殊钢，由于其膨胀系数极小，在极低温度到超过室温的温度范围内都能保持固定长度（这种特性也被称为因瓦效应），适合做测量元件，更是制造液化天然气载运船的重要原料。
因瓦合金是瑞士科学家夏尔·纪尧姆在1896年发明，他也因此获得了1920年的诺贝尔物理学奖[3]。
性质
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与其他铁镍合金一样，不变钢也是一种固溶体，也就是说，它是一种单相合金。在商业版本中，它由大约36%的镍和64%的铁组成。1961年，西屋电气材料实验室的科学家将这一合金描述为“含30-45原子百分比镍”[4]。
常见的不变钢的热膨胀系数（表示为α，在20°C和100°C之间测量）约为1.2×10−6 K-1（1.2 ppm/°C），而普通钢的这个值约为11-15 ppm/°C。超纯等级（<0.1% Co）可以产生低至0.62-0.65 ppm/°C的热膨胀系数，而一些特殊配方可以达成负热膨胀系数。虽然它在温度范围内表现出很高的尺寸稳定性，但它确实有蠕变的倾向[5][6]。
因瓦效应
[编辑]不变钢在室温以上的环境下不膨胀，是由于合金里的铁原子半径小，处于不稳定状态的低自旋的铁原子密度随温度上升而增加，从而导致原子收缩；而另一方面温度升高使原子的热振动趋于剧烈，原子间的距离加大，以避免原子之间的碰撞。这两种效果在不变钢中相互抵消，因此形成因瓦效应[7] 。而低温环境下的因瓦效应则主要是由于量子波动引起的[8] 。
相关条目
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ US Trademark #63970
- ^ Davis, Joseph R. Alloying: Understanding the Basics. ASM International. 2001: 587–589. ISBN 0-87170-744-6.
- ^ The Nobel Prize in Physics 1920. nobelprize.org. The Nobel Foundation. [20 March 2011]. （原始内容存档于2012-05-29）.
The Nobel Prize in Physics 1920 was awarded to Charles Edouard Guillaume "in recognition of the service he has rendered to precision measurements in Physics by his discovery of anomalies in nickel steel alloys".
- ^ Ananthanarayanan, N. I.; Peavler, R. J. A New Reversible Solid-State Transformation in Iron–Nickel Alloys in the Invar Range of Compositions. Nature. 1961-12, 192 (4806) [2024-01-04]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/192962a0. （原始内容存档于2024-06-03） （英语）.
- ^ Myslowicki, Thomas; Crumbach, Mischa; Mattissen, Dorothea; Bleck, Wolfgang. Short time creep behaviour of Invar steel. Steel Research. August 2002, 73 (8): 332–339 [2024-01-04]. doi:10.1002/srin.200200218. （原始内容存档于2023-06-29） （英语）.
- ^ Thackar, Romin A.; Trivedi, Snehal V. An Overview of Dimensional Stability of Invar 36 Material for Space Based Optical Mounting Applications (PDF). International Conference on Ideas, Impact and Innovation in Mechanical Engineering (ICIIIME 2017). June 2017, 5 (6): 147 [2024-01-04]. （原始内容存档 (PDF)于2024-03-07）.
- ^ 研究揭开因瓦合金低温不膨胀之谜. 科学网. 2011-08-06 [2011-08-08]. （原始内容存档于2019-05-10）.
- ^ Yokoyama, Toshihiko; Eguchi, Keitaro. Anharmonicity and Quantum Effects in Thermal Expansion of an Invar Alloy. Physical Review Letters. NaN-NaN-NaN, 107 (6). doi:10.1103/PhysRevLett.107.065901.
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