Invar-Bearbeitung: Was Käufer wissen müssen, bevor sie eine Zeichnung senden

Von Invar Machining editorial team· Aktualisiert 26. September 2026

Invar-Bearbeitung ist gewöhnliche CNC-Arbeit an einem ungewöhnlichen Werkstoff. Die Fräs- und Drehmaschinen sind dieselben, die auch Edelstahl bearbeiten. Was sich ändert, ist die Abfolge, denn die Eigenschaft, für die Sie bezahlen, eine sehr geringe Wärmeausdehnung, kann durch die Zerspanung selbst beschädigt und durch einen Ofen wiederherstellt werden. Verstehen Sie diesen einen Punkt, und Sie können ein Invar-Angebot Zeile für Zeile lesen, eine RFQ schreiben, die vergleichbare Preise liefert, und ein Bauteil erhalten, das sechs Monate nach der Lieferung noch innerhalb der Toleranz liegt.

Was Invar ist und warum es mehr kostet

Invar 36 ist eine Eisenlegierung mit etwa 36 % Nickel, Kohlenstoff unter 0,1 %, Mangan unter 0,6 % und Silizium unter 0,35 %. Bei diesem Nickelgehalt hebt die magnetische Ordnung der Legierung den größten Teil ihrer normalen Wärmeausdehnung nahe Raumtemperatur auf. Das Ergebnis ist ein Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) von etwa 1,2 bis 1,6 ppm/°C zwischen 20 und 100 °C, gegenüber 11 bis 12 bei Baustahl und 23 bis 24 bei Aluminium 6061. Oberhalb der Curie-Temperatur, bei Invar 36 etwa 230 °C, verschwindet der Effekt, und die Legierung dehnt sich wie ein gewöhnlicher Nickelstahl aus. Der Wikipedia-Artikel zu Invar beschreibt die Physik dahinter.

Für einen 1 m langen Stab, der sich um 10 °C erwärmt, bedeuten die Zahlen Folgendes. Die Werte sind typische Handbuchangaben bei Raumtemperatur. Maßgeblich ist das Werkszertifikat Ihrer Schmelzcharge.

Werkstoff	Typischer CTE, ppm/°C	Ausdehnung eines 1 m Stabs über +10 °C
Aluminium 6061	23 bis 24	0,23 mm
Edelstahl 316	16 bis 17	0,16 mm
Baustahl	11 bis 12	0,12 mm
Titan	8,6	0,09 mm
Invar 36, geglüht	1,2 bis 1,6	0,012 mm

Diese letzte Zeile ist der Grund, warum Käufer diesen Werkstoff wählen. Optikhalterungen, Legewerkzeuge für Kohlefaserteile, Wafer-Stage-Komponenten, Messtechnikrahmen und Raumfahrtstrukturen nutzen alle Invar, weil das Bauteil seine Größe behält, wenn sich der Raum, der Autoklav oder die Umlaufbahn erwärmt.

Der Preis spiegelt das Nickel wider. Invar-Stangen und -Platten kosten ein Vielfaches von 304-Edelstahl, und dicke Platten können Wochen bis zur Lieferung brauchen. Dazu schneidet der Werkstoff langsamer als Stahl und benötigt mindestens einen zusätzlichen Ofenschritt. Nichts davon ist eine Werkstatt, die das Angebot aufbläht. Es ist der Werkstoff selbst.

Welchen Werkstoff Sie anfragen sollten

“Invar” auf einer Zeichnung ist keine Spezifikation. In der Praxis teilen sich vier Legierungen den Familiennamen und unterscheiden sich in CTE, Temperaturbereich und Preis. Die folgenden Werte sind typische Angaben bei Raumtemperatur. Maßgeblich ist das Werkszertifikat.

Legierung	Nominale Zusammensetzung	Typischer CTE, ppm/°C	Zu nennende Norm	Üblicher Grund für die Wahl
Invar 36	36 % Ni, Rest Fe	1,2 bis 1,6 (20 bis 100 °C)	ASTM F1684, UNS K93600	Standard für Optik, Werkzeugbau und Messtechnik
Super Invar	32 % Ni, 5 % Co	0,3 bis 0,6 (etwa 20 bis 90 °C)	Datenblatt des Lieferanten	Wenn Invar 36 in einem engen Band nicht stabil genug ist
Kovar	29 % Ni, 17 % Co	5,0 bis 5,5 (30 bis 200 °C)	ASTM F15, UNS K94610	An Borosilikatglas angepasst für Dichtungen und Fenster
Alloy 42	42 % Ni	4,0 bis 6,0	ASTM F30, UNS K94100	Leadframes und Glasdurchführungen zu geringeren Kosten

Invar 36 ist für die meisten gefrästen oder gedrehten Bauteile die richtige Antwort. Super Invar bringt einen niedrigeren CTE, aber seine Ausdehnung steigt oberhalb von etwa 90 °C stark an, und es kostet mehr. Kovar wird gewählt, weil seine Ausdehnung der von Glas folgt, nicht weil sie niedrig ist. Der vollständige Vergleich steht in Invar 36 vs Kovar vs Super Invar. Die Seiten zu Invar 36, Super Invar und Kovar enthalten Hinweise zur Bearbeitung, und die Normwerte stehen in der Invar-Normen-Referenz.

Wie sich Invar an der Maschine verhält

Zerspaner vergleichen Invar 36 mit austenitischem Edelstahl wie 304. Die geglühte Härte liegt bei etwa 70 bis 80 HRB, die Zerspanbarkeit bei etwa 40 bis 50 % von B1112, in derselben Größenordnung wie 304. Der Werkstoff ist zäh, verfestigt sich, wenn das Werkzeug reibt statt zu schneiden, und erzeugt lange, drahtige Späne. Die Wärmeleitfähigkeit ist gering, sodass die Wärme an der Schneide bleibt.

Werkstätten, die den Werkstoff gut bearbeiten, tun in der Regel dasselbe:

• Scharfe Hartmetall- oder HSS-Werkzeuge mit positivem Spanwinkel, vor dem Stumpfwerden gewechselt
• Gleichmäßiger Vorschub, damit das Werkzeug immer einen echten Span nimmt, bei etwa 30 bis 60 m/min beim Fräsen mit Hartmetall und 15 bis 25 m/min bei HSS
• Flutkühlung, um Wärme und Späne abzuführen
• Steife, spannungsarme Aufspannung, denn das Bauteil bewegt sich, wenn Spannklemmspannung freigesetzt wird
• Gleichlauffräsen ohne Verweilen in Ecken

Nichts davon erfordert Spezialausrüstung. Schnittdaten stehen in Invar-36-Bearbeitungsparameter.

Fräsen, Drehen und dünnwandige Teile

Die meisten Invar-Bauteile werden aus Platte gefräst: Halterungen, Rahmen, Grundplatten und Werkzeugflächen. Runde Bauteile wie Distanzstücke und Linsenfassungen werden aus Stangenmaterial gedreht. Beim Drehen wickeln sich die langen Späne um Bauteil und Spannfutter, wenn die Werkstatt keine spanbrechenden Wendeschneidplatten nutzt und den Vorschub kontrolliert.

Dünne Platten und Ringe sind der Punkt, an dem die meisten Probleme beginnen. Spannungen durch das Einspannen verformen sie, und wenn die Klemmen gelöst werden, federt das Bauteil zurück. Werkstätten nutzen Vakuum- oder kraftarme Vorrichtungen, wechselseitige Durchgänge auf beiden Seiten und einen letzten Schlichtdurchgang nach dem Spannungsarmglühen. Wenn Ihr Design Wände unter etwa 2 mm hat, rechnen Sie mit Rückfragen. Siehe dünnwandige Invar-Bearbeitung.

Der Werkstoff bildet Grate, und bei optischen Bauteilen kann ein loser Grat auf einer Linse landen. Er ist außerdem ferromagnetisch, sodass feine Späne am Bauteil haften. Fragen Sie, wie die Werkstatt entgratet und reinigt, wenn Ihre Baugruppe empfindlich auf Partikel reagiert.

Warum gute Werkstätten Invar in Stufen bearbeiten

Die Zerspanung hinterlässt Eigenspannung und eine dünne kaltverformte Schicht an der Oberfläche. Bei den meisten Werkstoffen betrifft das nur die Ebenheit. Bei Invar wirkt sich das zweifach aus:

1. Das Bauteil kann sich entspannen und bewegen, nachdem es die Maschine verlassen hat, manchmal erst Tage später.
2. Kaltverformung hebt den CTE des Materials nahe der Oberfläche über den geglühten Wert auf Ihrem Werkszertifikat.

Eine typische Abfolge für ein Präzisionsbauteil:

1. Schruppen Sie das Bauteil und lassen Sie auf jeder kritischen Fläche ein gleichmäßiges Aufmaß, oft 0,5 bis 1 mm.
2. Spannungsarmglühen in einem Ofen. Ein typischer Zyklus für Invar 36 ist 315 bis 345 °C für 1 bis 2 Stunden, gefolgt von langsamer Abkühlung. Die Zeichnung oder die Norm legt das fest.
3. Schlichten Sie mit leichten Schnitten und scharfen Werkzeugen, damit die Oberfläche nicht erneut stark verformt wird.
4. Stabilisieren, wenn die Zeichnung es verlangt. Anspruchsvolle Optik- und Messtechnikzeichnungen fordern einen umfassenderen Zyklus: Glühen, Abschrecken, ein Halten bei niedriger Temperatur, dann einen langen Halt nahe 95 °C.
5. Prüfen, nachdem das Bauteil auf 20 °C temperiert wurde.

Jeder Schritt erhöht Kosten und Lieferzeit. Wenn Ihr Bauteil thermisch nicht kritisch ist, fragen Sie die Werkstatt, ob ein einfaches Spannungsarmglühen ausreicht. Wenn Sie eine Laserkavität oder einen Referenzrahmen bauen, ist die volle Abfolge das, wofür Sie bezahlen. Die Zyklen und wie man sie auf einer Zeichnung notiert, stehen in Spannungsarmglühen für bearbeitete Invar-Bauteile.

Toleranzen, die Sie erwarten können

An einem stabilen Bauteil bieten die meisten Werkstätten, die regelmäßig Invar bearbeiten, ±0,01 bis ±0,025 mm auf bearbeiteten Merkmalen. Eine Ebenheit von 0,01 mm auf einer kleinen Montagefläche ist nach Spannungsarmglühen und Schlichten realistisch. ±0,005 mm ist bei kleinen Merkmalen mit zusätzlichen Durchgängen und Prüfung bei 20 °C möglich, um den Preis von KMG-Zeit und Ausschussrisiko. Das sind typische Werte, und das Angebot der Werkstatt ist maßgeblich.

Zwei Dinge helfen mehr als nach einer engeren Zahl zu fragen:

• Setzen Sie Toleranz nur, wo sie wichtig ist. Eine Spiegelhalterung braucht enge Montageflächen und Bohrungen. Das äußere Profil selten.
• Geben Sie die Messtemperatur an. Invar bewegt sich sehr wenig, aber das KMG und die Vorrichtung tun das. ISO 1 legt 20 °C als Referenztemperatur für dimensionale Spezifikationen fest, also fordern Sie eine Prüfung nach Temperierung bei 20 °C.

Welche GD&T-Angaben bei Invar wichtig sind und was jede kostet, steht in Invar-Bearbeitungstoleranzen.

Rechenbeispiel: eine hypothetische optische Bank

Nehmen Sie eine hypothetische 300 mm lange optische Bank, die zwei Spiegel montiert und ihren Abstand innerhalb von 0,005 mm halten muss, während das Labor zwischen 18 und 24 °C schwankt. Die Ausdehnung der Bank über diese 6 °C Schwankung, mit typischen CTE-Werten, ist:

Werkstoff	Typischer CTE, ppm/°C	Ausdehnung über 300 mm und 6 °C
Aluminium 6061	23	0,041 mm
Edelstahl 316	16	0,029 mm
Invar 36, geglüht	1,4	0,0025 mm
Invar 36, kaltverformte Oberfläche (illustrativ)	2,5	0,0045 mm

Aluminium und Edelstahl verfehlen das 0,005 mm Budget deutlich. Geglühtes Invar 36 nutzt die Hälfte davon. Die letzte Zeile zeigt den Sinn der Abfolge. Ein kaltverformtes, nicht spannungsarmglühtes Bauteil könnte einen höheren effektiven CTE zeigen und fast das gesamte Budget aufbrauchen, bevor überhaupt ein Bearbeitungsfehler mitzählt. Der Wert von 2,5 ppm/°C ist illustrativ, kein Handbuchwert, zeigt aber, warum der Käufer dieser Bank Spannungsarmglühen und Prüfung bei 20 °C festlegen sollte statt engerer Bearbeitungstoleranzen.

Preis, Oberfläche und Lieferzeit

Der größte Teil eines Invar-Angebots liegt in fünf Positionen: Werkstoff, Zerspanungszeit, Wärmebehandlung, Prüfung bei 20 °C und Zertifikate. Programmierung und Rüsten dominieren bei einer Losgröße von eins bis zehn. Werkstoff und Zykluszeit übernehmen ab etwa hundert Stück. Spannungsarmglühen wird meist pro Ofenladung berechnet, sodass zehn Teile in einer Ladung wenig mehr kosten als eines. Wie sich jede Position bewegt und welche Zeichnungsänderungen sie senken, steht in warum Invar-36-Teile mehr kosten.

Invar 36 rostet langsam an feuchter Luft, eher wie ein niedrig legierter Stahl als wie Edelstahl, sodass viele Bauteile blank in klimatisierten Räumen verwendet werden. Wenn Korrosion ein Thema ist, ist chemisch Nickel üblich, dünn gehalten, weil es eine eigene Ausdehnung hat. Eine bearbeitete Oberfläche von Ra 0,8 bis 1,6 µm ist normal. Für Vakuum- oder Reinraumanwendungen geben Sie das in der RFQ an.

Rechnen Sie damit, dass Invar-Bauteile länger dauern als Edelstahl: Werkstoff muss eventuell bestellt werden, Spannungsarmglühen fügt einen Ofenlauf hinzu, und die Prüfung wartet auf 20 °C. Mehrere Wochen sind für ein kleines Präzisionslos üblich.

Was auf Ihre RFQ gehört

Eine klare RFQ bekommt ein echtes Angebot statt eines aufgeblähten. Geben Sie an:

• Werkstoff und Norm. Invar 36 nach ASTM F1684, Kovar nach ASTM F15, Alloy 42 nach ASTM F30 oder Super Invar nach einem genannten Datenblatt.
• Wärmebehandlung. Spannungsarmglühen zwischen Schruppen und Schlichten, ein vollständiger Stabilisierungszyklus oder “Empfehlung der Werkstatt”.
• Betriebstemperaturbereich. Wo das Bauteil montiert und wo es eingesetzt wird.
• Kritische Maße. Kennzeichnen Sie die Merkmale, die ihre Größe halten müssen. Lockern Sie den Rest.
• Prüftemperatur. 20 °C nach Temperierung, wenn eine Toleranz unter etwa ±0,02 mm liegt.
• Benötigte Zertifikate. Ein Werkszertifikat ist normal. Gemessene CTE-Daten für Ihre Schmelzcharge kosten extra.
• Menge und Zeitplan. Einschließlich ob sich das Bauteil wiederholen wird.

Die RFQ-Zeichnungscheckliste führt jeden Punkt weiter aus. Senden Sie die Zeichnung über das RFQ-Formular mit diesen Hinweisen, und jede Werkstatt, die anbietet, wird dasselbe Bauteil bepreisen.

Wie Sie eine Werkstatt prüfen

Viele Werkstätten werden zu Invar Ja sagen. Weniger haben es zuletzt tatsächlich bearbeitet und können ein Spannungsarmglühen in der Nähe organisieren. Wenn Sie mit einer Werkstatt sprechen, fragen Sie:

• Welche Werkstoffe mit geringer Ausdehnung sie im letzten Jahr bearbeitet hat, und in welchen Größen
• Wo das Spannungsarmglühen stattfindet, im eigenen Haus oder bei einem genannten Wärmebehandler, und wie der Zyklus dokumentiert wird
• Wie viel Aufmaß sie vor dem Ofen belässt und wie sie das Bauteil zum Schlichten aufspannt
• Wie sie Ebenheit und Position misst, und ob der KMG-Raum bei 20 °C gehalten wird

Eine Werkstatt, die konkret antwortet, hat die Arbeit gemacht. Eine, die allgemein antwortet, lernt an Ihrem Bauteil. Weitere Fragen stehen in wie man eine Invar-Werkstatt findet.

Das ist die Prüfung, die wir durchführen, wenn wir eine RFQ vermitteln. Sie senden eine Zeichnung, und wir wählen bis zu drei Werkstätten, die den Werkstoff bearbeiten und die Abfolge durchführen können, die Ihr Bauteil braucht. Jede bietet Ihnen direkt an.

Häufig gestellte Fragen

Geprüft anhand von

• ASTM F1684, Standard Specification for Iron-Nickel and Iron-Nickel-Cobalt Alloys for Low Thermal Expansion Applications
• Wikipedia, Invar

Die Werte in diesem Leitfaden sind typische Handbuchangaben zur Planung. Maßgeblich sind das Werkszertifikat für Ihre Schmelzcharge und das Angebot der Werkstatt für Ihre Geometrie.

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