Invar 36 a Kovar a Super Invar: który stop do Pana/Pani części

Autor Invar Machining editorial team· Zaktualizowano 26 września 2026

Invar 36 a Kovar sprowadza się do jednego pytania: czy część ma rozszerzać się jak najmniej, czy w takim samym tempie jak kawałek szkła? Invar 36 i Super Invar realizują pierwszy cel, z typowym CTE w temperaturze pokojowej 1.2 do 1.6 i 0.3 do 0.6 ppm/°C. Kovar realizuje drugi, z 5.0 do 5.5 ppm/°C, dostrojonym do szkła borokrzemowego i tlenku glinu. Grupuje się je razem, ponieważ wszystkie to stopy żelaza z niklem lub żelaza z niklem i kobaltem o niezwykłym zachowaniu cieplnym, ale nie są wymienne. Wybór właściwego zaczyna się od wiedzy, jakie zadanie ma spełnić.

Krótka odpowiedź

• Invar 36 dla stabilności wymiarowej blisko temperatury pokojowej: uchwyty, ławy, oprzyrządowanie, ramy metrologiczne.
• Kovar do dopasowania do szkła i ceramiki z tlenku glinu w połączeniach elektronicznych i próżniowych, a nie do minimalizowania samej rozszerzalności.
• Super Invar, gdy Invar 36 nadal za bardzo się przemieszcza w wąskim zakresie pracy, a dodatkowy koszt i czas realizacji są uzasadnione.
• Alloy 42, gdy potrzebna jest rozszerzalność zbliżona do Kovaru bez kobaltu, głównie w ramkach wyprowadzeń i cienkich przekrojach.

Pełne porównanie

Wszystkie wartości są typowymi wartościami z literatury w pobliżu temperatury pokojowej. Atest hutniczy potwierdza skład chemiczny, a nie zmierzony CTE dla Pana/Pani wytopu, co opisano w artykule certyfikacja materiału Invar. Zestawienie specyfikacji Invaru wymienia oznaczenia w pełnej postaci.

Właściwość	Invar 36	Super Invar	Kovar	Alloy 42
Skład nominalny	36 % Ni, reszta Fe	32 % Ni, 5 % Co, reszta Fe	29 % Ni, 17 % Co, reszta Fe	42 % Ni, reszta Fe
Typowy CTE, ppm/°C	1.2 do 1.6	0.3 do 0.6	5.0 do 5.5	4.0 do 6.0
Zakres, w którym ten CTE obowiązuje	Około 20 do 100 °C, powyżej łagodnie rośnie	Około 20 do 90 °C, powyżej gwałtownie rośnie	Około 30 do 200 °C, dopasowany do szkła borokrzemowego	Podobny zakres jak Kovar
Gęstość, g/cm3	8.05	Około 8.1	8.36	8.12
Temperatura Curie	Około 230 °C	Poniżej Invaru 36, wiążące są dane hutnicze	Około 435 °C	Wiążące są dane hutnicze
Typowe zastosowanie	Uchwyty optyczne, ramy metrologiczne, oprzyrządowanie do kompozytów	Optyka kosmiczna, konstrukcje laserowe	Złącza szklano-metalowe, obudowy hermetyczne	Ramki wyprowadzeń, bimetale, cienkie złącza szczelne
Uwaga o obróbce	Maziasty, umacnia się przez zgniot, zgrubnie, odprężyć, wykończyć	Jak Invar 36, mniej materiału na stanie	Jak Invar 36, wyżarzyć i oczyścić przed połączeniem	Często cienki, o płaskości decyduje mocowanie
Obowiązująca specyfikacja	ASTM F1684, UNS K93600	Skład, brak jednego powszechnego oznaczenia	ASTM F15, UNS K94610	ASTM F30, UNS K94100

Temperatura Curie ma znaczenie, ponieważ niska rozszerzalność jest związana ze stanem magnetycznym stopu. Gdy część zbliża się do punktu Curie, CTE rośnie w kierunku wartości zwykłej stali, dlatego Invar 36 zachowuje swoją wartość w pobliżu temperatury pokojowej, a traci ją w procesie gorącym. Pełną krzywą omówiono w artykule CTE Invaru 36 w funkcji temperatury.

Tabela decyzyjna według zastosowania

Typowy punkt wyjścia. O ostatecznej odpowiedzi decydują zakres temperatur pracy i tolerancja, a wiążąca jest oferta warsztatu.

Zastosowanie	Pierwszy wybór	Dlaczego	Na co uważać
Uchwyt lub ława optyczna, laboratorium lub przyrząd	Invar 36	Najniższa rozszerzalność przy rozsądnym koszcie, najszerzej dostępny materiał	Pominięcie wyżarzania odprężającego niweczy wybór materiału
Teleskop lub optyka kosmiczna o dobrze określonym zakresie	Super Invar	Zmniejsza o połowę lub więcej pozostałe wydłużenie Invaru 36	Zakres jest wąski; powyżej około 90 °C zysk zanika
Złącze szklano-metalowe, przepust, obudowa hermetyczna	Kovar	Podąża za szkłem borokrzemowym i tlenkiem glinu w zakresie łączenia	Nie jest stopem stabilności, nie używać go na uchwyty
Narzędzie do układania kompozytów, cyklowane w autoklawie	Invar 36	Zachowuje kształt w cyklach utwardzania, obrabialny w dużych płytach	Czas oczekiwania na grubą płytę, stabilizacja po obróbce zgrubnej
Stół półprzewodnikowy lub rama metrologiczna	Invar 36	Stabilny w 20 do 25 °C przy wąskich tolerancjach	Kontrola w 20 °C, wykończenie w pomieszczeniu czystym
Ramka wyprowadzeń, cienka część tłoczona lub trawiona	Alloy 42	Rozszerzalność zbliżona do Kovaru, bez kobaltu, dostępna cienka taśma	O płaskości decyduje mocowanie, a nie narzędzie
Konstrukcja kriogeniczna poniżej około 100 K	Invar 36, sprawdzić dane	CTE dalej spada wraz z temperaturą	Zweryfikować na zmierzonych danych, a nie wartościach pokojowych

Cztery stopy po kolei

Invar 36: gdzie pasuje i jak się obrabia

Invar 36 to domyślny wybór, gdy część ma zachować rozmiar i kształt, gdy zmienia się temperatura pomieszczenia, autoklawu lub orbity. Uchwyty optyczne, oprzyrządowanie do kompozytów, ramy metrologiczne i ławy przyrządów na nim polegają, ponieważ nic innego w tej rodzinie nie zbliża się tak do zerowego ruchu na stopień przy rozsądnym koszcie. Obrabia się go jak maziasty, umacniający się przez zgniot materiał podobny do austenitycznej stali nierdzewnej, co opisano w artykule parametry obróbki Invaru 36, a precyzyjna część z niego przechodzi kolejność obróbka zgrubna, wyżarzanie odprężające, wykończenie opisaną w artykule wyżarzanie odprężające obrabianych części z Invaru oraz na stronie obróbka Invaru 36.

Kovar: dlaczego nie jest stopem stabilności

Kovar istnieje, aby rozwiązać inny problem: połączenie metalu ze szkłem lub ceramiką tak, by złącze nie pękało przy zmianach temperatury. Szkło i tlenek glinu mają własne współczynniki rozszerzalności, a część metalowa łączona z nimi musi rozszerzać się i kurczyć w niemal tym samym tempie w całym zakresie pracy, bo inaczej niedopasowanie obciąża złącze w każdym cyklu. Skład Kovaru jest dostrojony do szkła borokrzemowego i ceramiki z 94 do 96 % tlenku glinu, dlatego pojawia się w hermetycznych obudowach elektronicznych, przepustach i obudowach czujników, a nie w ławach optycznych.

Części przeznaczone do złącza szklanego lub ceramicznego zwykle wyżarza się i starannie czyści przed połączeniem, ponieważ tlenki powierzchniowe i zanieczyszczenia wpływają na zwilżanie i jakość połączenia tak samo jak właściwości objętościowe stopu. To inna kwestia procesowa niż kolejność wyżarzania odprężającego dla Invaru 36, a warsztat, który rutynowo łączy Kovar, ma własną praktykę czyszczenia i wyżarzania, opisaną w artykule części z Kovaru do złączy szklano-metalowych oraz na stronie obróbka Kovaru.

Super Invar: niższa rozszerzalność, węższy przedział

Super Invar wymienia bardziej złożony skład, żelazo, nikiel i kobalt zamiast samego żelaza z niklem, na niższy współczynnik rozszerzalności, niż osiąga Invar 36. Kompromis polega na tym, że Super Invar utrzymuje najniższą rozszerzalność w węższym przedziale temperatur, w przybliżeniu 20 do 90 °C, a powyżej niego jego CTE gwałtownie rośnie. Jest też mniej powszechnym materiałem niż Invar 36, co wpływa na termin i koszt, co opisano od strony zaopatrzenia w artykule wybór materiału wyjściowego z Invaru.

Super Invar zwraca swój koszt w optyce kosmicznej i precyzyjnych konstrukcjach laserowych, gdzie zakres temperatur pracy jest dobrze scharakteryzowany i mieści się w przedziale stopu, co omówiono w artykule Invar w ławach optycznych i konstrukcjach teleskopów. Poza tym przedziałem Invar 36 może działać podobnie za mniejsze pieniądze, więc przed decyzją warto sprawdzić rzeczywisty zakres temperatur. Strona obróbka Super Invaru i artykuł gdy Invar 36 nie wystarcza omawiają tę decyzję.

Alloy 42 w skrócie

Alloy 42, około 42 % niklu wg ASTM F30, mieści się w podobnym zakresie rozszerzalności jak Kovar, ale bez kobaltu, i pojawia się w ramkach wyprowadzeń, złączach szczelnych i częściach bimetalicznych, gdzie dopasowanie Kovaru do szkła nie jest czynnikiem rozstrzygającym. Zwykle dostarcza się go jako cienką taśmę lub blachę, a nie grube pręty, więc większość części z Alloy 42 jest tłoczona, trawiona lub cięta drutem, zanim dojdzie do frezowania, a w cienkich przekrojach o osiągalnej płaskości decyduje mocowanie, a nie proces skrawania. Zob. strona obróbka Alloy 42 i obróbka Alloy 42 dla ramek wyprowadzeń.

Co zmienia się na maszynie między stopami

Skrawanie

Wszystkie cztery stopy to materiały żelazo-niklowe o sieci regularnej ściennie centrowanej, które skrawa się jak austenityczną stal nierdzewną: maziaste, skłonne do umacniania przez zgniot pod ocierającą się krawędzią i trudne dla trwałości narzędzia, jeśli posuw jest zbyt mały. W całej rodzinie obowiązują typowe prędkości frezowania węglikiem 30 do 60 m/min, dodatni kąt natarcia i obfite chłodzenie. Kovar i Super Invar, z kobaltem w składzie, bywają nieco cięższe dla narzędzia, więc warsztaty często zaczynają od dolnej granicy przedziału.

Obróbka cieplna

To jest prawdziwa różnica. Precyzyjną część z Invaru 36 lub Super Invaru obrabia się zgrubnie, odpręża, wykańcza, a przy najbardziej wymagających częściach stabilizuje w niskiej temperaturze przez dzień lub dwa. Część z Kovaru przeznaczona do złącza jest wyżarzana i czyszczona do stanu powierzchni, którego wymaga proces łączenia, a wyżarzanie odprężające, ważne dla uchwytu, jest drugorzędne. Alloy 42 w cienkim przekroju jest zwykle wyżarzany jako taśma, zanim dotrze do warsztatu.

Czyszczenie i obchodzenie się

Wszystkie są ferromagnetyczne w temperaturze pokojowej, więc drobne wióry przywierają do części i oprzyrządowania. Kovar do łączenia wymaga powierzchni wolnej od tlenków i smaru, więc jego końcowe czyszczenie jest etapem procesu. Invar 36 do optyki wymaga bardziej kontroli cząstek niż czystości chemicznej. W RFQ proszę napisać, o którą chodzi.

Przykład obliczeniowy: hipotetyczna rozpórka 200 mm przy wahaniu 10 °C

Weźmy hipotetyczną rozpórkę o długości 200 mm w przyrządzie, który doświadcza wahania 10 °C między kalibracją a użyciem, z tolerancją długości ±0.005 mm. Wydłużenie to długość razy CTE razy zmiana temperatury. Wartości są typowe i ilustracyjne.

Stop	Typowy CTE, ppm/°C	Wydłużenie przy 10 °C, mm	W granicach ±0.005 mm?
Super Invar	0.45	0.0009	Tak, z zapasem
Invar 36	1.4	0.0028	Tak
Alloy 42	5.0	0.010	Nie
Kovar	5.2	0.010	Nie
Stal nierdzewna 304	16.5	0.033	Nie

Invar 36 utrzymuje tolerancję z około połową w rezerwie, co zwykle wystarcza po odprężeniu części i pomiarze w 20 °C. Super Invar daje kolejne 0.002 mm zapasu, a to, czy jest to warte dłuższego terminu, zależy od reszty budżetu: mocowania, niepewności pomiaru i stabilności otaczających części. Kovar i Alloy 42 odpadają dla tego zadania, i o to chodzi: są kandydatami do okna szczelnego na drugim końcu przyrządu, a nie do rozpórki. Tę samą arytmetykę na pełnej ławie przeprowadzono w artykule przykład obliczeniowy ławy optycznej z Invaru.

Różnice kosztów i terminów

Koszt materiału w przybliżeniu podąża za zawartością niklu i kobaltu oraz za tym, jak powszechny jest rozmiar materiału. Invar 36 jest najszerzej dostępny z trzech w popularnych rozmiarach prętów i płyt. Kovar jest tuż za nim ze względu na wolumen w obudowach elektronicznych, a Super Invar jest najmniej powszechny, często z dłuższymi terminami dla wszystkiego poza rozmiarami standardowymi. Alloy 42 jest powszechny jako taśma i rzadki jako pręt. Żadna z tych różnic nie jest ogromna dla małej części, ale kumulują się w większych konstrukcjach lub programach wymagających niestandardowej grubości, co opisano w artykule dlaczego części z Invaru 36 są drogie.

Jak określić każdy stop na rysunku i w RFQ

Proszę podać stop i obowiązującą specyfikację, zamiast polegać na samym słowie „Invar”: Invar 36 wg ASTM F1684 z UNS K93600, Kovar wg ASTM F15 z UNS K94610, Alloy 42 wg ASTM F30 z UNS K94100, a Super Invar przez skład nominalny i wymagany przedział CTE. Jeśli nie ma pewności, który stop jest potrzebny dla Pana/Pani tolerancji, proszę opisać funkcję, zakres temperatur pracy i to, czy część łączy się ze szkłem lub ceramiką, jak opisano w artykule co umieścić w RFQ na Invar. Dzięki temu uzyska Pan/Pani użyteczną rekomendację szybciej niż zgadując oznaczenie samodzielnie. Rysunek proszę przesłać przez formularz RFQ, a dopasujemy warsztaty z doświadczeniem w konkretnym stopie, którego wymaga Pana/Pani część.

Często zadawane pytania

Zweryfikowano na podstawie

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

Wartości w tym poradniku są typowymi wartościami z literatury, służącymi do planowania. Wiążące są: atest materiałowy dla Pana/Pani wytopu oraz oferta warsztatu dla Pana/Pani geometrii.

Czytaj dalej

• Obróbka Invaru: co kupujący powinni wiedzieć, zanim wyślą rysunek · Materiały
• Jak znaleźć warsztat, który naprawdę obrabiał Invar · Wybór dostawcy
• Dlaczego części z Invaru 36 są drogie i jak warsztaty je wyceniają · Koszty
• Prędkości, posuwy i trwałość narzędzi przy obróbce Invaru 36 · Proces

Wszystkie poradniki