Obróbka Invaru: co kupujący powinni wiedzieć, zanim wyślą rysunek

Autor Invar Machining editorial team· Zaktualizowano 26 września 2026

Obróbka Invaru to zwykła praca CNC na nietypowym stopie. Frezarki i tokarki są te same, które obrabiają stal nierdzewną. Zmienia się kolejność operacji, ponieważ właściwość, za którą się płaci, czyli bardzo niska rozszerzalność cieplna, może zostać uszkodzona przez samo skrawanie i przywrócona w piecu. Kiedy zrozumie się ten jeden punkt, można czytać ofertę na Invar linia po linii, pisać RFQ, które daje porównywalne ceny, i otrzymać część, która nadal mieści się w tolerancji sześć miesięcy po dostawie.

Czym jest Invar i dlaczego kosztuje więcej

Invar 36 to stop żelaza z około 36 % niklu, węglem poniżej 0.1 %, manganem poniżej 0.6 % i krzemem poniżej 0.35 %. Przy takiej zawartości niklu uporządkowanie magnetyczne stopu znosi większość normalnej rozszerzalności cieplnej w pobliżu temperatury pokojowej. Efektem jest współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) na poziomie około 1.2 do 1.6 ppm/°C w zakresie od 20 do 100 °C, w porównaniu z 11 do 12 dla stali węglowej i 23 do 24 dla aluminium 6061. Powyżej temperatury Curie, około 230 °C dla Invaru 36, efekt zanika, a stop rozszerza się jak zwykła stal niklowa. Fizykę opisuje artykuł w Wikipedii o Invarze.

Dla pręta o długości 1 m, który nagrzewa się o 10 °C, liczby wyglądają następująco. Wartości są typowymi wartościami z literatury w temperaturze pokojowej. Wiążący jest atest hutniczy dla Pana/Pani wytopu.

Materiał	Typowy CTE, ppm/°C	Wydłużenie pręta 1 m przy +10 °C
Aluminium 6061	23 do 24	0.23 mm
Stal nierdzewna 316	16 do 17	0.16 mm
Stal węglowa	11 do 12	0.12 mm
Tytan	8.6	0.09 mm
Invar 36, wyżarzony	1.2 do 1.6	0.012 mm

Ostatni wiersz tłumaczy, dlaczego kupuje się ten stop. Uchwyty optyczne, narzędzia do układania części z włókna węglowego, elementy stołów waflowych, ramy metrologiczne i konstrukcje statków kosmicznych korzystają z Invaru, ponieważ część zachowuje rozmiar, gdy zmienia się temperatura pomieszczenia, autoklawu lub orbity.

Cena odzwierciedla zawartość niklu. Pręty i płyty z Invaru kosztują kilkukrotnie więcej niż stal 304, a na grubą płytę można czekać tygodniami. Do tego stop skrawa się wolniej niż stal i wymaga co najmniej jednego dodatkowego etapu w piecu. Nic z tego nie jest dopisywaniem marży przez warsztat. To wynika z materiału.

Jaki stop zamawiać

„Invar” na rysunku nie jest specyfikacją. W praktyce cztery stopy noszą nazwę rodziny i różnią się CTE, zakresem temperatur i ceną. Poniższe wartości są typowymi wartościami w temperaturze pokojowej. Wiążący jest atest hutniczy.

Stop	Skład nominalny	Typowy CTE, ppm/°C	Specyfikacja do podania	Zwykły powód wyboru
Invar 36	36 % Ni, reszta Fe	od 1.2 do 1.6 (20 do 100 °C)	ASTM F1684, UNS K93600	Domyślny wybór dla optyki, oprzyrządowania i metrologii
Super Invar	32 % Ni, 5 % Co	od 0.3 do 0.6 (około 20 do 90 °C)	Karta katalogowa dostawcy	Gdy Invar 36 nie jest wystarczająco stabilny w wąskim przedziale
Kovar	29 % Ni, 17 % Co	od 5.0 do 5.5 (30 do 200 °C)	ASTM F15, UNS K94610	Dopasowany do szkła borokrzemowego w złączach i oknach
Alloy 42	42 % Ni	od 4.0 do 6.0	ASTM F30, UNS K94100	Ramki wyprowadzeń i złącza szklane przy niższym koszcie

Invar 36 jest właściwą odpowiedzią dla większości obrabianych części. Super Invar daje niższy CTE, ale jego rozszerzalność gwałtownie rośnie powyżej około 90 °C, a on sam jest droższy. Kovar wybiera się dlatego, że jego rozszerzalność podąża za szkłem, a nie dlatego, że jest niska. Pełne porównanie znajduje się w artykule Invar 36 a Kovar a Super Invar. Strony o Invarze 36, Super Invarze i Kovarze zawierają uwagi o obróbce, a numery specyfikacji są w zestawieniu specyfikacji Invaru.

Jak Invar zachowuje się na maszynie

Mechanicy porównują Invar 36 do austenitycznej stali nierdzewnej, takiej jak 304. Twardość w stanie wyżarzonym wynosi około 70 do 80 HRB, a skrawalność około 40 do 50 % stali B1112, czyli w tym samym przedziale co 304. Jest maziasty, umacnia się przez zgniot, gdy narzędzie się ociera zamiast skrawać, i wytwarza długie, wstęgowe wióry. Przewodność cieplna jest niska, więc ciepło pozostaje przy ostrzu.

Warsztaty, które dobrze go obrabiają, zwykle robią to samo:

• Ostre narzędzia z węglików spiekanych lub HSS o dodatnim kącie natarcia, wymieniane, zanim się stępią
• Stały posuw, aby narzędzie zawsze zdejmowało prawdziwy wiór, w przybliżeniu 30 do 60 m/min dla frezowania węglikiem i 15 do 25 m/min dla HSS
• Obfite chłodzenie, które odprowadza ciepło i wióry
• Sztywne mocowanie o niskich naprężeniach, ponieważ część się przemieszcza, gdy naprężenia mocowania zostają uwolnione
• Frezowanie współbieżne i brak zatrzymywania narzędzia w narożnikach

Nic z tego nie wymaga specjalnego wyposażenia. Dane skrawania znajdują się w artykule parametry obróbki Invaru 36.

Frezowanie, toczenie i części cienkościenne

Większość części z Invaru frezuje się z płyty: uchwyty, ramy, płyty podstawowe i powierzchnie oprzyrządowania. Części okrągłe, takie jak rozpórki i oprawy soczewek, toczy się z pręta. Przy toczeniu długie wióry owijają się wokół części i uchwytu, chyba że warsztat stosuje płytki z łamaczem wióra i kontroluje posuw.

Cienkie płyty i pierścienie to miejsce, w którym zaczyna się większość problemów. Naprężenia mocowania je odkształcają, a po zdjęciu zacisków część się sprężynuje. Warsztaty stosują mocowanie próżniowe lub o małej sile, naprzemienne przejścia po obu stronach i końcowe lekkie przejście po wyżarzaniu odprężającym. Jeśli konstrukcja ma ścianki cieńsze niż około 2 mm, należy spodziewać się pytań. Zob. obróbka cienkościennych części z Invaru.

Stop daje zadziory, a na częściach optycznych luźny zadzior może znaleźć się na soczewce. Jest też ferromagnetyczny, więc drobne wióry przywierają do części. Jeśli zespół jest wrażliwy na cząstki, proszę zapytać, jak warsztat usuwa zadziory i czyści części.

Dlaczego dobre warsztaty obrabiają Invar etapami

Skrawanie zostawia naprężenia własne i cienką warstwę umocnioną przez zgniot przy powierzchni. W większości stopów ma to znaczenie tylko dla płaskości. W Invarze ma podwójne znaczenie:

1. Część może się odprężać i przemieszczać po zdjęciu z maszyny, czasem po wielu dniach.
2. Zgniot podnosi CTE materiału przy powierzchni powyżej wartości dla stanu wyżarzonego z atestu.

Typowa kolejność dla części precyzyjnej:

1. Obróbka zgrubna części z równomiernym naddatkiem na każdej krytycznej powierzchni, często 0.5 do 1 mm.
2. Wyżarzanie odprężające w piecu. Typowy cykl dla Invaru 36 to 315 do 345 °C przez 1 do 2 godzin, po czym powolne chłodzenie. Wiążący jest rysunek lub specyfikacja.
3. Wykończenie lekkimi przejściami i ostrymi narzędziami, aby powierzchnia nie została ponownie mocno umocniona.
4. Stabilizacja, gdy wymaga tego rysunek. Wymagające rysunki optyczne i metrologiczne przewidują pełniejszy cykl: wyżarzanie, hartowanie, wytrzymanie w niskiej temperaturze, a następnie długie wygrzewanie w pobliżu 95 °C.
5. Kontrola po wygrzaniu części do 20 °C.

Każdy etap zwiększa koszt i czas realizacji. Jeśli część nie jest krytyczna termicznie, warto zapytać warsztat, czy wystarczy jedno wyżarzanie odprężające. Jeśli powstaje wnęka lasera lub rama odniesienia, zakupem jest właśnie pełna sekwencja. Cykle i sposób ich zapisu na rysunku opisano w artykule wyżarzanie odprężające obrabianych części z Invaru.

Tolerancje, których można się spodziewać

Na stabilnej części większość warsztatów, które regularnie obrabiają Invar, podaje w ofercie ±0.01 do ±0.025 mm dla obrabianych cech. Płaskość 0.01 mm na małej powierzchni montażowej jest realna po wyżarzaniu odprężającym i obróbce wykańczającej. Tolerancja ±0.005 mm jest możliwa na małych cechach przy dodatkowych przejściach i kontroli w 20 °C, kosztem czasu na maszynie CMM i ryzyka braków. To wartości typowe, a wiążąca jest oferta warsztatu.

Dwie rzeczy pomagają bardziej niż żądanie węższej liczby:

• Tolerancja tylko tam, gdzie ma znaczenie. Uchwyt lustra wymaga ciasnych tolerancji na powierzchni montażowej i otworach. Zewnętrzny zarys rzadko.
• Podanie temperatury pomiaru. Invar porusza się bardzo niewiele, ale maszyna CMM i oprzyrządowanie już tak. Norma ISO 1 ustala 20 °C jako temperaturę odniesienia dla specyfikacji wymiarowych, więc należy żądać kontroli po wygrzaniu w 20 °C.

Które oznaczenia GD&T mają znaczenie w Invarze i ile każde kosztuje, opisano w artykule tolerancje w obróbce Invaru.

Przykład obliczeniowy: hipotetyczna ława optyczna

Weźmy hipotetyczną ławę optyczną o długości 300 mm, na której montowane są dwa zwierciadła i która musi utrzymać ich odstęp w granicach 0.005 mm, gdy temperatura w laboratorium waha się między 18 a 24 °C. Wydłużenie ławy przy takim zakresie 6 °C, przy typowych wartościach CTE, wynosi:

Materiał	Typowy CTE, ppm/°C	Wydłużenie na 300 mm przy 6 °C
Aluminium 6061	23	0.041 mm
Stal nierdzewna 316	16	0.029 mm
Invar 36, wyżarzony	1.4	0.0025 mm
Invar 36, powierzchnia po zgniocie (przykład ilustracyjny)	2.5	0.0045 mm

Aluminium i stal nierdzewna przekraczają budżet 0.005 mm z dużym zapasem. Wyżarzony Invar 36 zużywa połowę tego budżetu. Ostatni wiersz pokazuje sens całej sekwencji. Część pozostawiona po zgniocie i nieodprężona mogłaby mieć wyższy efektywny CTE i zużyć prawie cały budżet, zanim uwzględni się jakikolwiek błąd obróbki. Wartość 2.5 ppm/°C jest ilustracyjna, a nie wzięta z literatury, ale pokazuje, dlaczego kupujący tę ławę powinien określić wyżarzanie odprężające i kontrolę w 20 °C zamiast węższych tolerancji obróbki.

Cena, wykończenie i czas realizacji

Większość oferty na Invar mieści się w pięciu pozycjach: materiał, czas skrawania, obróbka cieplna, kontrola w 20 °C i atesty. W partii od jednej do dziesięciu sztuk dominuje programowanie i przezbrojenie. Powyżej około stu sztuk przejmują to materiał i czas cyklu. Wyżarzanie odprężające jest zwykle rozliczane za wsad pieca, więc dziesięć części w jednym wsadzie kosztuje niewiele więcej niż jedna. Jak zmienia się każda pozycja i które zmiany na rysunku ją obniżają, opisano w artykule dlaczego części z Invaru 36 kosztują więcej.

Invar 36 powoli rdzewieje w wilgotnym powietrzu, bardziej jak stal niskostopowa niż nierdzewna, dlatego wiele części używa się bez powłoki w kontrolowanych pomieszczeniach. Gdy korozja budzi obawy, powszechne jest niklowanie chemiczne, utrzymywane jako cienka warstwa, ponieważ ma własną rozszerzalność. Typowa jest chropowatość obrobionej powierzchni Ra 0.8 do 1.6 µm. W przypadku zastosowań próżniowych lub w pomieszczeniach czystych proszę zaznaczyć to w RFQ.

Części z Invaru trwają dłużej niż ze stali nierdzewnej: materiał może wymagać zamówienia, wyżarzanie odprężające dodaje przejście przez piec, a kontrola czeka na temperaturę 20 °C. Kilka tygodni to częsty czas dla małej partii precyzyjnej.

Co wpisać w RFQ

Czytelne RFQ daje prawdziwą ofertę zamiast zawyżonej. Proszę uwzględnić:

• Stop i specyfikację. Invar 36 wg ASTM F1684, Kovar wg ASTM F15, Alloy 42 wg ASTM F30 lub Super Invar wg wskazanej karty katalogowej.
• Obróbkę cieplną. Wyżarzanie odprężające między obróbką zgrubną a wykańczającą, pełny cykl stabilizacji lub „rekomendacja warsztatu”.
• Zakres temperatur pracy. Gdzie część jest montowana i gdzie pracuje.
• Wymiary krytyczne. Proszę zaznaczyć cechy, które muszą zachować wymiar. Resztę proszę poluzować.
• Temperaturę kontroli. 20 °C po wygrzaniu, jeśli tolerancja jest węższa niż około ±0.02 mm.
• Wymagane atesty. Atest hutniczy to norma. Zmierzone dane CTE dla Pana/Pani wytopu kosztują dodatkowo.
• Ilość i termin. Łącznie z informacją, czy część będzie powtarzana.

Lista kontrolna rysunku do RFQ rozwija każdy punkt. Po przesłaniu rysunku przez formularz RFQ z tymi uwagami każdy warsztat, który złoży ofertę, będzie wyceniał tę samą część.

Jak ocenić warsztat

Wiele warsztatów odpowie „tak” na Invar. Mniej z nich obrabiało go niedawno i może zorganizować wyżarzanie odprężające w pobliżu. Podczas rozmowy z warsztatem warto zapytać:

• Jakie stopy o niskiej rozszerzalności obrabiał w ostatnim roku i w jakich rozmiarach
• Gdzie odbywa się wyżarzanie odprężające, we własnym zakresie czy w wymienionym zakładzie obróbki cieplnej, i jak rejestrowany jest cykl
• Jaki naddatek zostawia przed piecem i jak mocuje część do wykończenia
• Jak mierzy płaskość i położenie oraz czy pomieszczenie z maszyną CMM jest utrzymywane w 20 °C

Warsztat, który odpowiada konkretnie, wykonywał taką pracę. Taki, który odpowiada ogólnikami, uczy się na Pana/Pani części. Więcej pytań znajduje się w artykule jak znaleźć warsztat obrabiający Invar.

Taką weryfikację wykonujemy, gdy dopasowujemy RFQ. Przesyła Pan/Pani jeden rysunek, a my wybieramy do trzech warsztatów, które obrabiają ten stop i potrafią wykonać sekwencję potrzebną dla części. Każdy z nich składa ofertę bezpośrednio Panu/Pani.

Często zadawane pytania

Zweryfikowano na podstawie

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

• Wyżarzanie odprężające obrabianych części z Invaru: kiedy i jak robią to warsztaty · Proces
• Tolerancje w obróbce Invaru: co warsztat może utrzymać i ile to kosztuje · Proces
• Dlaczego części z Invaru 36 są drogie i jak warsztaty je wyceniają · Koszty
• Jak znaleźć warsztat, który naprawdę obrabiał Invar · Wybór dostawcy

Wszystkie poradniki