Anpassning, faktiskt, nästan alla fasta ämnen och vätskor expanderar genom att öka temperaturen och dra ihop sig genom att sänka temperaturen, vilket också är känt som termisk expansion. Fenomenet termisk expansion uppstår på grund av att atomerna i ett material blir kraftigare vid högre temperaturer. Atomerna blir mer kraftfulla, ju mer de separeras från varandra och därmed ökar utrymmet mellan varje atom, och desto mindre blir deras kollektiva densitet, vilket ökar materialets storlek. Vid ett ögonkast följer alla andra material mer eller mindre de termiska förändringarna. Men ett eller två av undantagen är metallen i pulverform som kallas Invar.
Invar-legering, även kallad lågexpansionslegering eller Yin-stål, är en legering som består av järn (Fe) och nickel (Ni) och är även känd som en magnetisk metallegering. Den har en sammansättning av 36 % och 64 % med Ni respektive Fe, vid en temperatur på 1150 grader s i en kubisk struktur med- ansiktscentrerad yta. Invarlegeringen är mycket viktig strukturellt, vilket är dess största egenskaper, som inkluderar en extremt låg värmeutvidgningskoefficient, låg värmeutvidgning, hög seghet, hög minskning av arean, duktilitet, samt rimlig plasticitet.
När de blandas termiskt behåller järn och nickel positiva värmeutvidgningar var för sig, men när de kombineras i specifika interna förhållanden bildar de ett material som över ett stort temperatur- och tryckintervall uppvisar nästan noll termisk expansion. Det här är den så-invar-effekten. Invar-legeringar är mest användbara i applikationer som kräver extrem precision, till exempel klock- och teleskoptillverkning. Dessa applikationer är ett direkt resultat av Invar-effekten. 1896 upptäckte den schweiziske fysikern och metallurgen Charles Edouard Guillaume expansionen av CTE hos en Fe-Ni-legering och drog slutsatsen att den nådde ett minimum när Ni-massfraktionen var cirka 36 %. Han tilldelades därefter 1920 års Nobelpris i fysik för att ha upptäckt Invar-legeringen och utvecklat precisionsmätning från den, och blev därmed den första metallurgen som tilldelades Nobelpriset i historien.
Invar-legeringar används i en mängd industrier eftersom de, till skillnad från de flesta material, har en extrem termisk expansion. Detta är resultatet av deras extremt låga CTE. Detta beteende kan förklaras så här: när temperaturen på legeringen i den magnetiska vätskan stiger, försvinner den magnetism som tidigare fanns gradvis. Därmed dominerar en balans mellan kontraktion och expansion.
För närvarande tillverkas traditionella Invar-legeringar i form av gjutning, valsning, bearbetning och etsning. Dessutom innebär produktionen av Invar-legeringar, som används i specialiserade applikationer, också en rad stora tekniska utmaningar. Invar-legeringar är inte bara svåra att skapa utan också svåra att bearbeta. Invar-legeringar kan till exempel inte genomgå någon form av värmebehandling. Den låga hårdheten, den stora segheten och plasticiteten ökar avsevärt skärsvårigheten. Särskilt skärprocessen kräver mycket mekanisk energi och genererar en ohållbar mängd värme förutom överdrivet verktygsslitage. Att uppfylla standarden för bearbetning av hög-precisionsarbetsstycken kräver en extraordinär mängd processkrav och verktyg med hög-prestanda.
Data visar att Invar-legeringar används i produktionen av en rad instrumenterings-, elektronik- och kommunikationsprodukter som optiska enheter, mikroskop, bildrör, längdskalor, resonanshåligheter, vågledare, standardfrekvensgeneratorer, gyroskop, klockor, kondensatorer, kabelkärnor, elektronrör, termoelement och metallmasker. Deras användning sträcker sig till flygsektorn, där de används i satelliter, rymdfjärrsensorer och astronomiska teleskop. Förutom de tidigare nämnda områdena instrumentering, elektronik och kommunikation, finns Invar-legeringar i högprecisionsformar, LNG-fartygslagringstankar, LNG-transportrörledningar och flytande väte/flytande syre co.
