在精密工程、航空航天和高端制造领域,材料的尺寸稳定性是决定设备精度与可靠性的核心因素之一。热胀冷缩这一自然规律,成为了高精度设备的天敌。而K93600精密合金,正是为对抗这一规律而生的杰出材料,它是一种具有超低热膨胀特性的精密合金板材,在特定的温度区间内几乎“拒绝”热胀冷缩,被誉为“尺度的守护者”。
K93600是美国UNS编号系统下的命名,它更为人所熟知的名称是Invar 36,或直接称为因瓦合金。这是一种基于铁(Fe)和镍(Ni)的二元合金,其经典的化学成分比例为镍(Ni)含量约为36%,其余部分主要为铁(Fe),并含有极少量的其他微量元素(如碳、锰、硅等)以优化其加工或物理性能。
该材料于1896年由瑞士科学家夏尔·纪尧姆(Charles Édouard Guillaume)发现,他因这一杰出贡献获得了1920年的诺贝尔物理学奖。“Invar”一词源于“Invariable”(不变的),直指其最核心的特性——低的热膨胀系数(CTE)。
K93600合金最引人注目的特性是其在室温附近及一定温度范围内极低的热膨胀系数(CTE)。
作用机理:其低膨胀性的物理本质源于其独特的电子结构。在镍含量达到36%左右时,合金的磁致伸缩效应与正常的热膨胀效应相互抵消,产生了一种“补偿”效果,从而导致宏观上的体积和尺寸几乎不随温度变化。
典型数据:在室温(约20°C)至100°C的温度区间内,K93600的平均热膨胀系数通常低于1.5 × 10⁻⁶/°C,甚至在某些特定处理下可达到1.0 × 10⁻⁶/°C左右。这是一个什么概念?普通碳钢的CTE约为11 × 10⁻⁶/°C,铝合金约为23 × 10⁻⁶/°C。也就是说,K93600的热膨胀率仅为它们的十分之一到二十分之一。
临界温度:其低膨胀特性在一个关键的温度点(约230°C)以下有效,超过此温度,磁性补偿效应减弱,其膨胀系数会开始显著增加。
除了低膨胀性,K93600作为结构功能一体化材料,还具备一系列重要的配套性能:
导热性:其导热率较低,约为10-11 W/(m·K),这使其在某些需要热隔离的精密部件中也能发挥作用。
强度和硬度:作为一种奥氏体合金,它具有中等的强度和良好的韧性,可以通过冷加工进行强化。其典型的抗拉强度在450 MPa以上,屈服强度在270 MPa左右,延伸率可达30%以上。
磁性:在室温下,K93600具有铁磁性,这在其应用于电子领域时是一个需要考虑的因素。
加工性:它具备良好的机加工、切削、冲压和焊接性能(推荐使用惰性气体保护焊),但因其加工硬化倾向,在深加工时可能需要中间退火处理。
K93600合金板材的卓越特性,使其成为以下高端领域不可或缺的关键材料:
精密测量仪器:用于制造激光干涉仪、天文望远镜架、精密天平、基准尺、光栅尺等设备的框架和结构件。环境温度的波动不会影响其测量基准,从而保证了极高的测量精度。
航空航天与军工:用于制造人造卫星的镜筒、支架、波导等部件。在太空环境中,部件会经历剧烈的温度交变,使用K93600可以确保光学系统和通信系统的对准精度和形状稳定性。
电子信息与半导体:用于制造光刻机、芯片制造和封装设备中的精密定位台、掩膜版框架等。热膨胀的微小差异都可能导致纳米级的对准误差,K93600是保障芯片制程精度的幕后英雄。
液化天然气(LNG)运输:作为薄膜型LNG船液货舱的次屏蔽材料。其低膨胀特性确保了在-163°C的超低温下,与内壁隔热材料(如聚氨酯泡沫)之间仍能保持紧密贴合,不发生因收缩不均而产生的断裂或泄漏,安全性极高。
其他领域:双金属片驱动元件、精密光学器件支撑结构、大型真空环境设备框架等。
使用K93600板材时,需注意:
应力消除:在机械加工后,残余应力可能会在后续使用中因应力释放导致微变形。因此,关键部件在精加工前需要进行去应力退火处理。
热影响区:焊接操作会在热影响区改变材料的微观结构和性能,可能局部影响其低膨胀特性,需要谨慎制定焊接工艺。
表面处理:可以进行电镀、喷涂等表面处理以提高耐腐蚀性或满足其他功能需求,但需注意处理过程中的氢脆风险。
K93600(Invar 36)低膨胀精密合金板材,不仅仅是一种金属材料,更是人类智慧对物理极限的一次成功挑战。它将“永恒”的尺度概念在工程应用中变为可能,默默地支撑着从微观芯片到宏观宇宙的探索边界。在一切对精度和稳定性有极致追求的领域,K93600合金板材始终是材料学家和工程师手中一张无可替代的王牌。
以下是上海商虎主要提供和经营的高温合金(耐蚀合金、精密合金也常一并归类)牌号,按基础类型分类:
一、 镍基高温合金
这是其产品系列中最核心的部分,种类最全,应用最广。
GH系列(国标牌号):
GH3030 (GH30): 固溶强化型,800℃以下有良好的抗氧化和热强度,用于燃烧室部件。
GH3039 (GH39): 固溶强化型,用于900℃以下的燃烧室、加力燃烧室等。
GH3044 (GH44): 固溶强化型,抗氧化性好,用于950℃以下的燃烧室和涡轮部件。
GH3128 (GH128): 固溶强化型,具有高的塑性和良好的冲压、焊接性能,用于950℃以下的火焰筒、壳体等。
GH3536 (哈氏合金B-2): 优异的耐盐酸、硫酸腐蚀和抗应力腐蚀开裂能力,用于化工环境。
GH3625 (Inconel 625): 强度高,耐氧化和腐蚀性能优异,应用极其广泛,从航空航天到海洋、化工。
GH4169 (Inconel 718): 王牌产品,沉淀强化型,在-253℃到700℃温度范围内具有良好的综合性能,广泛应用于航空发动机涡轮盘、压气机盘、叶片、机匣等关键部件。
GH4099 (Inconel 699): 高铬含量,具有优良的高温抗氧化和抗腐蚀性能。
GH4133 (GH33): 沉淀强化型,用于750℃以下的涡轮叶片、涡轮盘等。
GH4145 (Inconel X-750): 沉淀强化型,具有良好的耐腐蚀、抗氧化性能和高温强度,用于弹簧、密封环等。
GH4180 (GH80): 类似Nimonic 80A,用于燃气轮机叶片。
国外对应牌号:
Inconel 600, 601, 625, 718, X-750
Hastelloy B-2, B-3, C-22, C-276, X (虽然哈氏合金更侧重于耐蚀合金,但因其高镍含量和高温性能,也常被归入此类)
Nimonic 75, 80A
Alloy 20 (CN3MN, 20号合金): 优异的耐硫酸腐蚀性能。
二、 铁镍基高温合金
GH系列:
GH1015, GH1016: 固溶强化型,抗氧化性好,用于制造850℃以下的燃烧室和加热炉构件。
GH1131 (GH131): 固溶强化型,用于制造850~1000℃的燃烧室部件。
GH2036, GH2132 (A-286): 沉淀强化型,用于650℃~700℃的涡轮盘、紧固件等。
GH2135 (GH135)
GH2747: 具有极佳的高温抗氧化性,适用于高温炉辊、炉管等。
三、 钴基高温合金
国标牌号: GH5188 (GH188, 对应Haynes 188)
特点:在高达1100℃的温度下仍具有优异的强度和抗氧化性,耐热腐蚀和耐磨性好。用于燃气轮机喷嘴、导向叶片等。
四、 耐蚀合金
虽然不完全等同于高温合金,但因其成分和性能有重叠,商虎也大量经营。
Monel 400, K500 (蒙乃尔合金): 优异的耐海水和酸碱腐蚀能力。
Incoloy 800, 800H, 825, 925 (因科洛伊合金): 良好的综合耐腐蚀和力学性能。
哈氏合金系列 (如上所述)。
总结表格(部分常见牌号)
商虎/国标牌号 近似美标牌号 主要特点和应用
GH4169 Inconel 718 应用最广,700℃以下高强度,用于涡轮盘、叶片等。
GH3625 Inconel 625 高强度,耐腐蚀抗氧化,应用广泛。
GH4145 Inconel X-750 高温弹簧、密封环、紧固件。
GH3536 Hastelloy B-2 耐盐酸、硫酸腐蚀。
GH2132 A-286, S66286 铁镍基,650℃~700℃的涡轮盘、紧固件。
GH5188 Haynes 188 钴基,1100℃下抗氧化,用于导向叶片、喷嘴。
Alloy C-276 Hastelloy C-276 极佳的耐点蚀、缝隙腐蚀能力。
Alloy 20 Carpenter 20, CN3MN 优异的耐硫酸腐蚀,化工阀门、泵。
如何获取最准确的信息?
访问官方网站:搜索“上海商虎合金集团”或“上海商虎特种合金”,在其官网的“产品中心”通常可以找到最全的牌号列表和产品形态(棒、板、管、丝等)。
直接联系:由于其库存和代理关系可能动态变化,最可靠的方式是直接联系其销售或技术部门,告知您的具体需求(如牌号、规格、标准、用途),他们会提供最准确的现货或订货信息。
希望这份详细的列表能帮助到您!