Инва́р (лат. invariabilis — неизменный) — сплав, состоящий из никеля (Ni, 36 %) и железа (Fe, остальное). Именуется как FeNi36, 64FeNi в США, российские аналоги именуются по ГОСТ как 36Н^[1]UNS K93600.

«Invar» — зарегистрированная торговая марка компании ArcelorMittal, но сплавы с таким составом изготавливаются и другими компаниями.

История

Первый из открытых инварных сплавов был найден швейцарским ученым Ш. Гийомом в 1896 году. В 1920 году он получил Нобелевскую премию по физике за открытие этого важного сплава для производства точных инструментов и приборов.

Физические свойства

Инвар имеет однофазную внутреннюю структуру. Плотность 8130 кг/м³, температура плавления 1425 °C. Сплав обладает малым температурным коэффициентом линейного расширения и практически не изменяет линейные размеры в интервале температур от −100 до +100 °C. Его коэффициент теплового расширения ~1,2·10⁻⁶/°C в интервале температур от −20 до 100 °C^[2]. Очень чистый сплав (с содержанием кобальта менее 0,1 %) имеет ещё меньший коэффициент линейного расширения 0,62—0,65·10⁻⁶/°C.

Природа свойств

Эффект исчезновения теплового расширения материала возникает в связи с тем, что магнитострикция компенсирует тепловое расширение^[3].

Прецизионные сплавы

Разные прецизионные сплавы имеют различные характеристики:

• 32НК-ВИ (англ. Inovco) (Ni — 33 %, Co — 4,5 %, Fe — остальное) в отожжённом состоянии имеет температурный коэффициент линейного расширения α не более 1,5·10⁻⁶/°C (в диапазоне температур −60…+100 °C). Особо чистые сплавы имеют α до 0,55·10⁻⁶/°C (в диапазоне +20…+100 °C)^[1].
• 42Н (англ. NILO, FeNi42), содержащий 42 % никеля имеет α ≈ 5,3·10⁻⁶/°C, такой же как и у кремния, что позволяет широко использовать его в электронике.
• 29НК (англ. Kovar и англ. Dilver P) (Co 17 %, Ni 29 %, Fe — остальное) имеют температурный коэффициент линейного расширения как и у боросиликатного стекла, поэтому применяется в оптических приборах, которые могут работать в широком диапазоне температур, например на космических спутниках.

Применение

Используется в точном приборостроении для изготовления мерных проволок в геодезии, эталонов длины, деталей часовых механизмов (балансиров хронометров, пружин^[4]), деталей барографов и высотомеров, несущих конструкций лазеров и др. Применялся в трубе космического телескопа «Астрон». Стоек против коррозии. Также применяется в лазерных проекторах для равномерного сужения и расширения DMD-чипов.

Интересные факты

При вопросе, какая высота Эйфелевой башни, то прежде чем ответить: «300 метров», вы, вероятно, осведомитесь:
— В какую погоду — холодную или тёплую?

Ведь высота столь огромного стального сооружения не может быть одинакова при всякой температуре. Мы знаем, что стальной стержень длиной 300 м удлиняется на 3 мм при нагревании его на 1 °C (на каждый градус Цельсия более чем на одну 100000-ю своей длины). Приблизительно на столько же должна возрастать и высота Эйфелевой башни при повышении температуры на 1 °C. В тёплую солнечную погоду стальной материал башни может нагреться в Париже до +40 °C, между тем как в холодный, дождливый день температура его падает до +10 °C, а зимой до 0 °C и даже до −10 °C (большие морозы в Париже редки). Как видим, колебания температуры доходят до 40 °C и более. Значит, высота Эйфелевой башни может колебаться на 3×40 = 120 мм, или на 12 см (равно как и длина Октябрьской железной дороги, точнее сумма длин всех рельсов (линии), при разнице 55 °C (в летние дни 30 °C и более, в зимние морозы −25 °C) удлиняется на треть километра^[5]).

Прямые измерения обнаружили, что Эйфелева башня ещё чувствительнее к колебаниям температуры, нежели воздух: она нагревается и охлаждается быстрее и раньше реагирует на внезапное появление солнца в облачный день. Изменения высоты Эйфелевой башни были обнаружены с помощью проволоки из особой никелевой стали, обладающей способностью почти не изменять своей длины при колебаниях температуры. Замечательный сплав этот и носит название «инвар» (от лат. invariabilis — неизменный, инвариантный).
Итак, в жаркий день вершина Эйфелевой башни поднимается выше, чем в холодный, на отрезок, примерно равный трети (четверти) длины этой строки, и это увеличение длины стального гиганта не стоит ни одного сантима.

— Перельман Я. И. Занимательная физика. Книга 1. — Изд. 19. — М.: «Наука» Главная редакция физико-математической литературы Москва, 1976. — С. 109–110. — 224 с. — 500 000 экз.