Usinage Invar : ce que les acheteurs doivent savoir avant d'envoyer un plan

Par Invar Machining editorial team· Mis à jour le 26 septembre 2026

L’usinage Invar est un travail CNC ordinaire sur un alliage inhabituel. Les fraiseuses et les tours sont les mêmes que ceux qui coupent l’inox. Ce qui change, c’est la séquence, car la propriété pour laquelle vous payez, une dilatation thermique très faible, peut être abîmée par la coupe elle-même et restaurée par un four. Comprenez ce point et vous pourrez lire un devis Invar ligne par ligne, rédiger une RFQ qui obtient des prix comparables et recevoir une pièce encore dans sa tolérance six mois après la livraison.

Ce qu’est l’Invar et pourquoi il coûte plus cher

L’Invar 36 est un alliage de fer contenant environ 36 % de nickel, du carbone maintenu sous 0,1 %, du manganèse sous 0,6 % et du silicium sous 0,35 %. À ce taux de nickel, l’ordre magnétique de l’alliage annule la plus grande partie de sa dilatation thermique normale près de la température ambiante. Le résultat est un coefficient de dilatation thermique (CTE) d’environ 1,2 à 1,6 ppm/°C entre 20 et 100 °C, contre 11 à 12 pour l’acier au carbone et 23 à 24 pour l’aluminium 6061. Au-dessus de la température de Curie, environ 230 °C pour l’Invar 36, l’effet disparaît et l’alliage se dilate comme un acier au nickel ordinaire. L’article Wikipédia sur l’Invar détaille la physique du phénomène.

Pour une barre de 1 m qui se réchauffe de 10 °C, voici ce que cela donne. Les valeurs sont des chiffres types de manuel technique à température ambiante. Le certificat matière de votre lot fait foi.

Matériau	CTE typique, ppm/°C	Dilatation d’une barre de 1 m sur +10 °C
Aluminium 6061	23 à 24	0,23 mm
Inox 316	16 à 17	0,16 mm
Acier au carbone	11 à 12	0,12 mm
Titane	8,6	0,09 mm
Invar 36, recuit	1,2 à 1,6	0,012 mm

Cette dernière ligne explique pourquoi on achète cet alliage. Les montures optiques, les moules de drapage pour pièces en fibre de carbone, les composants de plateaux à plaquettes, les bâtis de métrologie et les structures spatiales utilisent tous l’Invar parce que la pièce garde sa taille quand la salle, l’autoclave ou l’orbite change de température.

Le prix reflète le nickel. La barre et la plaque d’Invar coûtent plusieurs fois le prix de l’inox 304, et une plaque épaisse peut demander des semaines pour arriver. Ensuite, l’alliage se coupe plus lentement que l’acier et nécessite au moins une étape de four supplémentaire. Rien de tout cela n’est un gonflement du devis par l’atelier. C’est le matériau.

Quel alliage demander

« Invar » sur un plan n’est pas une spécification. Quatre alliages partagent ce nom de famille dans la pratique et diffèrent par leur CTE, leur plage de température et leur prix. Les valeurs ci-dessous sont des chiffres typiques à température ambiante. Le certificat matière fait foi.

Alliage	Composition nominale	CTE typique, ppm/°C	Norme à citer	Raison habituelle du choix
Invar 36	36 % Ni, reste Fe	1,2 à 1,6 (20 à 100 °C)	ASTM F1684, UNS K93600	Défaut pour l’optique, l’outillage et la métrologie
Super Invar	32 % Ni, 5 % Co	0,3 à 0,6 (environ 20 à 90 °C)	Fiche technique fournisseur	Quand l’Invar 36 n’est pas assez stable sur une plage étroite
Kovar	29 % Ni, 17 % Co	5,0 à 5,5 (30 à 200 °C)	ASTM F15, UNS K94610	Adapté au verre borosilicaté pour scellements et hublots
Alloy 42	42 % Ni	4,0 à 6,0	ASTM F30, UNS K94100	Grilles de connexion et scellement verre à moindre coût

L’Invar 36 est la bonne réponse pour la plupart des pièces usinées. Le Super Invar achète un CTE plus bas, mais sa dilatation augmente nettement au-dessus d’environ 90 °C et il coûte plus cher. Le Kovar est choisi parce que sa dilatation suit celle du verre, pas parce qu’elle est faible. Le comparatif complet se trouve dans Invar 36 vs Kovar vs Super Invar. Les pages Invar 36, Super Invar et Kovar donnent des notes d’usinage, et les valeurs des normes figurent sur la référence des normes Invar.

Comment l’Invar se comporte sur la machine

Les usineurs comparent l’Invar 36 à un inox austénitique comme le 304. La dureté recuite est d’environ 70 à 80 HRB et l’usinabilité se situe autour de 40 à 50 % de celle du B1112, la même plage que le 304. Il est collant, s’écrouit si l’outil frotte au lieu de couper et produit des copeaux longs et filandreux. Sa conductivité thermique est faible, si bien que la chaleur reste au fil de coupe.

Les ateliers qui l’usinent bien font généralement les mêmes choses :

• Outils carbure ou HSS affûtés à coupe positive, remplacés avant qu’ils ne s’émoussent
• Avance régulière pour que l’outil prenne toujours un vrai copeau, à peu près 30 à 60 m/min en fraisage carbure et 15 à 25 m/min en HSS
• Lubrification abondante pour évacuer la chaleur et les copeaux
• Montage rigide et à faible contrainte, car la pièce bouge quand la contrainte de bridage se relâche
• Fraisage en avalant et pas de temporisation dans les angles

Rien de tout cela ne nécessite un équipement spécial. Les données de coupe figurent dans paramètres d’usinage de l’Invar 36.

Fraisage, tournage et pièces fines

La plupart des pièces en Invar sont fraisées à partir de plaque : supports, bâtis, plaques de base et faces d’outillage. Les pièces rondes comme les entretoises et les fûts de lentille sont tournées à partir de barre. En tournage, les copeaux longs s’enroulent autour de la pièce et du mandrin, sauf si l’atelier utilise des plaquettes casse-copeaux et contrôle l’avance.

Les plaques et les bagues fines sont là où la plupart des problèmes commencent. La contrainte de bridage les déforme, et quand les brides se relâchent, la pièce se détend. Les ateliers utilisent des montages à vide ou à faible force, des passes alternées sur les deux faces et un dernier écrémage après détente. Si votre conception comporte des parois de moins de 2 mm environ, attendez-vous à des questions. Voir usinage Invar en parois fines.

L’alliage bavure, et sur une pièce optique, une bavure détachée peut se retrouver sur une lentille. Il est aussi ferromagnétique, si bien que les fins copeaux collent à la pièce. Demandez comment l’atelier ébavure et nettoie si votre assemblage est sensible aux particules.

Pourquoi les bons ateliers usinent l’Invar en plusieurs étapes

La coupe laisse des contraintes résiduelles et une fine couche écrouie en surface. Dans la plupart des alliages, cela ne compte que pour la planéité. Dans l’Invar, cela compte deux fois :

1. La pièce peut se relaxer et bouger après avoir quitté la machine, parfois plusieurs jours plus tard.
2. L’écrouissage fait monter le CTE du matériau proche de la surface au-dessus de la valeur recuite indiquée sur votre certificat matière.

Une séquence typique pour une pièce de précision :

1. Ébauche de la pièce en laissant une surépaisseur régulière sur toutes les faces critiques, souvent 0,5 à 1 mm.
2. Détente au four. Un cycle typique pour l’Invar 36 est un maintien de 315 à 345 °C pendant 1 à 2 heures suivi d’un refroidissement lent. Le plan ou la norme fait foi.
3. Finition avec des passes légères et des outils affûtés pour ne pas réintroduire d’écrouissage.
4. Stabilisation quand le plan l’exige. Les plans optiques et de métrologie les plus exigeants demandent un cycle plus complet : recuit, trempe, un maintien à basse température, puis un long séjour près de 95 °C.
5. Contrôle après stabilisation de la pièce à 20 °C.

Chaque étape ajoute un coût et un délai. Si votre pièce n’est pas critique thermiquement, demandez à l’atelier si une seule détente suffit. Si vous construisez une cavité laser ou un bâti de référence, la séquence complète est ce que vous achetez. Les cycles, et comment les écrire sur un plan, se trouvent dans détente pour les pièces usinées en Invar.

Tolérances auxquelles s’attendre

Sur une pièce stable, la plupart des ateliers qui usinent l’Invar régulièrement cotent ±0,01 à ±0,025 mm sur les cotes usinées. Une planéité de 0,01 mm sur une petite face de montage est réaliste après détente et finition. ±0,005 mm est possible sur de petites cotes avec des passes supplémentaires et un contrôle à 20 °C, au prix du temps de MMT et du risque de rebut. Ce sont des chiffres typiques et le devis de l’atelier fait foi.

Deux choses aident plus que de demander un chiffre plus serré :

• Ne tolérancez que ce qui compte. Un support de miroir a besoin d’une face de montage et d’alésages serrés. Le profil extérieur en a rarement besoin.
• Indiquez la température de mesure. L’Invar bouge très peu, mais la MMT et le montage bougent. L’ISO 1 fixe 20 °C comme température de référence pour les spécifications dimensionnelles, donc demandez un contrôle après stabilisation à 20 °C.

Quelles cotes GD&T comptent sur l’Invar, et ce que chacune coûte, se trouve dans tolérances d’usinage de l’Invar.

Exemple chiffré : un banc optique hypothétique

Prenons un banc optique hypothétique de 300 mm qui fixe deux miroirs et doit tenir leur espacement à 0,005 mm alors que le labo varie entre 18 et 24 °C. La dilatation du banc sur cet écart de 6 °C, avec des valeurs de CTE typiques, est la suivante :

Matériau	CTE typique, ppm/°C	Dilatation sur 300 mm et 6 °C
Aluminium 6061	23	0,041 mm
Inox 316	16	0,029 mm
Invar 36, recuit	1,4	0,0025 mm
Invar 36, surface écrouie (illustratif)	2,5	0,0045 mm

L’aluminium et l’inox dépassent largement le budget de 0,005 mm. L’Invar 36 recuit en utilise la moitié. La dernière ligne est tout l’intérêt de la séquence. Une pièce laissée écrouie et non détendue pourrait présenter un CTE effectif plus élevé et consommer presque tout le budget avant même de compter l’erreur d’usinage. Le chiffre de 2,5 ppm/°C est illustratif, pas une valeur de manuel, mais il montre pourquoi l’acheteur de ce banc devrait spécifier une détente et un contrôle à 20 °C plutôt que des tolérances d’usinage plus serrées.

Prix, finition et délai

La majeure partie d’un devis Invar se répartit sur cinq lignes : matériau, temps de coupe, traitement thermique, contrôle à 20 °C et certificats. La programmation et le montage dominent un lot d’une à dix pièces. Le matériau et le temps de cycle prennent le dessus au-delà d’une centaine de pièces. La détente est généralement facturée par charge de four, donc dix pièces dans une même charge coûtent à peine plus qu’une seule. Comment chaque ligne évolue, et quels changements de plan la font baisser, se trouve dans pourquoi les pièces en Invar 36 coûtent plus cher.

L’Invar 36 rouille lentement à l’air humide, plutôt comme un acier faiblement allié qu’un inox, donc de nombreuses pièces sont utilisées brutes dans des salles contrôlées. Quand la corrosion est un enjeu, le nickel chimique est courant, appliqué fin car il a lui-même une dilatation propre. Une finition usinée de Ra 0,8 à 1,6 µm est normale. Pour un usage sous vide ou en salle blanche, précisez-le sur la RFQ.

Attendez-vous à ce que les pièces en Invar prennent plus de temps que l’inox : la matière peut demander une commande, la détente ajoute un passage au four et le contrôle attend un retour à 20 °C. Plusieurs semaines sont courantes pour un petit lot de précision.

Ce qu’il faut mettre sur votre RFQ

Une RFQ claire obtient un vrai devis plutôt qu’un devis gonflé par prudence. Incluez :

• L’alliage et sa norme. Invar 36 selon ASTM F1684, Kovar selon ASTM F15, Alloy 42 selon ASTM F30 ou Super Invar selon une fiche technique nommée.
• Le traitement thermique. Détente entre ébauche et finition, cycle de stabilisation complet ou « à l’atelier de recommander ».
• La plage de température de service. Là où la pièce est assemblée et là où elle fonctionne.
• Les cotes critiques. Repérez les cotes qui doivent tenir leur taille. Laissez le reste plus large.
• La température de contrôle. 20 °C après stabilisation, si une tolérance est inférieure à environ ±0,02 mm.
• Les certificats nécessaires. Un certificat matière est normal. Des données de CTE mesurées pour votre lot coûtent plus cher.
• La quantité et le calendrier. En précisant si la pièce sera reconduite.

La checklist de plan pour une RFQ Invar détaille chaque point. Envoyez le plan via le formulaire RFQ avec ces notes jointes, et chaque atelier qui vous répondra cotera la même pièce.

Comment évaluer un atelier

Beaucoup d’ateliers diront oui à l’Invar. Peu l’ont usiné récemment et peuvent organiser une détente à proximité. Quand vous parlez à un atelier, demandez :

• Quels alliages à faible dilatation il a usinés dans l’année écoulée, et dans quelles tailles
• Où se fait la détente, en interne ou chez un sous-traitant nommé, et comment le cycle est enregistré
• Combien de surépaisseur il laisse avant le four et comment il monte la pièce pour la finition
• Comment il mesure la planéité et la position, et si la salle de MMT est maintenue à 20 °C

Un atelier qui répond avec précision a fait le travail. Celui qui répond en généralités apprend sur votre pièce. Plus de questions dans comment trouver un atelier d’usinage Invar.

C’est la vérification que nous effectuons quand nous mettons une RFQ en relation. Vous envoyez un plan et nous sélectionnons jusqu’à trois ateliers qui usinent cet alliage et peuvent réaliser la séquence dont votre pièce a besoin. Chacun vous établit un devis directement.

Questions fréquentes

Vérifié par rapport à

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

Les valeurs de ce guide sont des chiffres types issus de manuels techniques, à titre indicatif. Le certificat matière de votre lot et le devis de l'atelier pour votre géométrie font foi.

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