Anwendungsunterschiede zwischen Invar 36 und Invar 42: Wärmeausdehnung, Abdichtung und Auswahlhilfe

Eine Suche nach Anwendungsunterschiede zwischen Invar 36 und Invar 42 bedeutet in der Regel, dass die Materialauswahl in die praktische Phase eingetreten ist. Der Käufer fragt nicht mehr, ob beide Legierungen eine geringe Wärmeausdehnung aufweisen. Die eigentliche Frage lautet vielmehr, ob das Bauteil von sich aus formstabil bleiben muss oder ob sich seine Ausdehnung beim Erwärmen und Abkühlen an die eines Glases, einer Keramik, eines Halbleiters oder eines angrenzenden Metalls anpassen muss.

Invar 36 und Invar 42 sind beides Eisen-Nickel-Legierungen mit kontrollierter Ausdehnung, doch der zusätzliche Nickelanteil in Invar 42 verändert die Ausdehnungskurve so stark, dass die beiden Sorten unterschiedliche konstruktive Aufgaben erfüllen. Invar 36 wird gewählt, wenn die möglichst geringe Maßänderung über einen definierten Temperaturbereich das Hauptziel ist. Invar 42 wird häufiger gewählt, wenn eine vorhersehbare, mäßig niedrige Ausdehnungsrate an ein anderes Material angepasst werden muss und thermische Spannungen an einer geklebten oder abgedichteten Schnittstelle reduziert werden sollen.

Dieser Unterschied klingt einfach, doch Fehler bei der Beschaffung kommen nach wie vor häufig vor. In einer Zeichnung kann lediglich “Invar” angegeben sein, ein Lieferant kann jede verfügbare Nickelsorte vom Typ 36% oder 42% anbieten, oder ein Ingenieur vergleicht möglicherweise einen Koeffizienten bei Raumtemperatur, ohne den gesamten Temperaturzyklus zu überprüfen. Produktform, chemische Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Kaltverformung, Kornrichtung, Oberflächenbeschaffenheit, Maßhaltigkeit, magnetisches Verhalten sowie die geltende ASTM- oder Kundenspezifikation können das Endergebnis beeinflussen.

Dieser Leitfaden richtet sich an Ingenieure, Elektronikhersteller, Entwickler optischer Systeme, Teams für die Herstellung von Verbundwerkstoff-Werkzeugen, Beschaffungsmanager und internationale Einkäufer. Er erläutert, in welchen Anwendungsbereichen die einzelnen Legierungen ihren Platz finden, in welchen Fällen ein Vergleich irreführend sein kann und welche Informationen erforderlich sind, damit 28Nickel ein technisch vergleichbares Angebot erstellen kann.

Wenden Sie sich an 28Nickel, um ein Angebot für Ihr Projekt zu erhalten mit der Legierungsbezeichnung, der Produktform, den Abmessungen, der Menge, dem Betriebstemperaturbereich, dem Gegenmaterial, den erforderlichen Ausdehnungsdaten, dem Prüfumfang, dem Bestimmungsort und dem Lieferplan.

Invar 36 vs. Invar 42: Die schnelle Anwendungsentscheidung

Die schnellste und zuverlässigste Auswahlmethode besteht darin, von der Wärmeausdehnung auszugehen. Man sollte nicht vom Preis, vom Lagerbestand oder von der Annahme ausgehen, dass ein niedrigerer Koeffizient automatisch besser ist. Die erforderliche Wechselwirkung zwischen der Legierung und der gesamten Baugruppe gibt die richtige Richtung vor.

Die Tabelle dient als Orientierungshilfe und stellt keine endgültige Genehmigung dar. Für ein optisches Instrument, das bei Temperaturen von -40 °C bis 80 °C betrieben wird, eine Verbundform, die auf 180 °C erhitzt wird, und einen glasversiegelten Anschluss, der bei über 700 °C gebrannt wird, gelten nicht dieselben Ausdehnungsdaten. Ein fundierter Vergleich berücksichtigt den tatsächlichen Temperaturverlauf und den physikalischen Zustand des gelieferten Produkts.

Werkstoffbezeichnung, Nickelgehalt und gängige Bezeichnungen

Invar 36 ist nominell eine Eisenlegierung, die etwa 36% Nickel enthält. Je nach Produktspezifikation und Herstellerpraxis kann sie als „Alloy 36“, „FeNi36“, „Low-Expansion-36-Legierung“ oder unter einer UNS-Bezeichnung wie K93601 oder K93603 bezeichnet werden. Da „Invar“ in einigen Märkten zudem ein eingetragener Markenname ist, sollten Zeichnungen sich nicht allein auf den Handelsnamen stützen.

Invar 42 ist nominell eine Eisenlegierung, die etwa 42% Nickel enthält. Sie kann als Alloy 42, FeNi42, Low-Expansion-42-Legierung, Nilo 42 oder unter einer entsprechenden Herstellerbezeichnung bezeichnet werden. Je nach Produkt und Spezifikation können auch die UNS-Bezeichnungen K94100 oder K94101 verwendet werden. Die genaue Bezeichnung muss sich auf die bestellte Form beziehen, da Draht für Dichtungen, Bänder für Leiterrahmen, Bleche für Halterungen und Stangen für bearbeitete Bauteile möglicherweise unterschiedlichen Dokumenten unterliegen.

Vergleich der nominellen chemischen Zusammensetzung

Diese Tabelle ist eine Beschaffungsübersicht und keine Abnahmespezifikation. In der Bestellung sind die erforderlichen ASTM-, UNS-, EN-, DIN-, Kunden- oder Luft- und Raumfahrt-Spezifikationen sowie deren jeweilige Fassung anzugeben. Bei der Endabnahme sind die in diesem Dokument festgelegten chemischen Grenzwerte und Prüfanforderungen zugrunde zu legen, nicht eine Vergleichstabelle aus dem Internet.

Warum sechs Prozentpunkte bei Nickel die Anwendung verändern

Im Fe-Ni-System besteht kein einfacher linearer Zusammenhang zwischen Nickelgehalt und Wärmeausdehnung. Bei etwa 36%-Nickel wirken magnetische Effekte der normalen Gitterausdehnung entgegen und führen zu einer ungewöhnlich geringen Ausdehnung, die als Invar-Effekt bekannt ist. Dadurch entsteht ein ausgeprägtes Minimum in der Ausdehnungskurve. Bei einem Übergang zu 42%-Nickel wird dieses Minimum verlassen, und es ergibt sich eine höhere, gleichmäßigere Ausdehnungsrate.

Bei Invar 36 besteht der konstruktive Vorteil darin, dass sich eine Präzisionslänge, eine optische Referenz, eine Formoberfläche oder ein struktureller Abstand bei normalen Temperaturschwankungen nur sehr geringfügig verändert. Bei Invar 42 liegt der konstruktive Vorteil nicht darin, dass es sich weniger ausdehnt als alle Alternativen. Sein Wert besteht vielmehr darin, dass seine kontrollierte Ausdehnung näher an der Ausdehnung ausgewählter Gläser, Keramiken, halbleiterbezogener Materialien oder Verbundkonstruktionen aus Anschlussdrähten liegen kann.

Diese Unterscheidung verhindert einen häufigen Fehler. Wenn ein Ingenieur Invar 36 in einer Dichtung einsetzt, die für Alloy 42 ausgelegt ist, dehnt sich das Metall im Vergleich zum Glas möglicherweise zu wenig aus und erzeugt beim Brennen und Abkühlen Zug- oder Druckspannungen. Wird Alloy 42 in einem Messrahmen eingesetzt, der für Invar 36 ausgelegt ist, kann sich der Rahmen bei Temperaturänderungen um ein Vielfaches stärker ausdehnen und die zulässige Messabweichung des Geräts überschreiten, obwohl Alloy 42 immer noch als Legierung mit geringer Ausdehnung bezeichnet wird.

Die Wärmeausdehnung muss über einen Temperaturbereich hinweg verglichen werden

Ein einzelner Koeffizient, der ohne Temperaturbereich angegeben wird, ist unvollständig. Der mittlere Wärmeausdehnungskoeffizient wird zwischen zwei Temperaturen berechnet. Die momentane Ausdehnung ändert sich kontinuierlich mit der Temperatur. Wärmebehandlung, Kaltumformung, chemische Zusammensetzung, vorherige Temperaturwechselbeanspruchung und die Messrichtung können das Ergebnis ebenfalls beeinflussen. Für den Vergleich ist daher eine Kurve oder eine Reihe von Mittelwerten erforderlich, die den tatsächlichen Prozess abdecken.

Veröffentlichte Herstellerangaben verdeutlichen das Ausmaß dieses Unterschieds. Daten zu handelsüblichem Invar 36 weisen möglicherweise einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) von etwa 1,3 µm/m·K von Raumtemperatur bis etwa 93 °C auf, der bei höheren Temperaturen ansteigt. Daten zur handelsüblichen Nickellegierung 42% weisen möglicherweise einen Mittelwert von etwa 6 bis 7 µm/m·K über einen wesentlich breiteren Bereich bis hin zu 400 °C auf. Diese Zahlen sind für die Vorauswahl nützlich, doch sollten im Projekt niemals Werte aus unterschiedlichen Temperaturbereichen so miteinander vermischt werden, als wären sie direkt austauschbar.

Wenn die Ausdehnung für den Einsatz entscheidend ist, sollte in der Anfrage die maximal zulässige Maßänderung oder die erforderliche Dehnungsbandbreite angegeben werden, anstatt lediglich eine Legierung zu nennen. Dies gibt dem Hersteller und dem Prüflabor eine messbare Abnahmevorgabe.

Anwendungsunterschied 1: Präzisionsmesstechnik, Optik und Instrumentengehäuse

Invar 36 ist in der Regel die bessere Wahl für die Präzisionsmesstechnik, optische Aufbauten, Interferometerkonstruktionen, Laserhalterungen, Teleskopstützen, Vermessungsinstrumente, Kalibrierungsrahmen, Längenmaße und hochpräzise mechanische Referenzelemente. Bei diesen Systemen muss der Abstand zwischen zwei Punkten oft stabil bleiben, während sich die Raumtemperatur ändert, sich die Geräte aufwärmen oder die Konstruktion zwischen kontrollierten und unkontrollierten Umgebungen bewegt.

Die Auswahl basiert nicht allein auf einer geringen Ausdehnung. Konstrukteure bewerten zudem Steifigkeit, Masse, Wärmeleitfähigkeit, Mikrofließverhalten, Eigenspannung, magnetisches Verhalten, Fügeverfahren und zeitliche Stabilität. Ein dicker Invar-36-Rahmen mit unkontrollierten Schweißspannungen kann selbst dann Drift aufweisen, wenn sein nomineller Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) hervorragend ist. Dünnes Aluminium mit aktiver Temperaturregelung kann in einem bestimmten Instrument besser abschneiden als schlecht verarbeitetes Invar. Ausschlaggebend ist letztlich die Gesamtfehlerbilanz des Systems.

Invar 42 ist in der Regel nicht die erste Wahl, wenn das einzige Ziel eine minimale Ausdehnung ist. Es kann in Instrumentenkomponenten eingesetzt werden, bei denen seine Ausdehnung besser zu einem anderen Bauteil passt oder bei denen das breitere Verhalten bei erhöhten Temperaturen vorteilhafter ist; der Ersatz von Invar 36 durch Invar 42 muss jedoch durch eine Maßanalyse untermauert werden.

Beschaffungskontrollen für Präzisionskonstruktionen

Bei Präzisionsanwendungen sollten die Produktform, das Bearbeitungsaufmaß, der Wärmebehandlungszustand, die Abspannungs- oder Stabilisierungsabfolge, die Ausrichtung, die Ebenheit oder Geradheit, gegebenenfalls die Ultraschallqualität sowie die Phase, in der die abschließende Dehnungsprüfung durchgeführt wird, angegeben werden. Werden Teile vorbearbeitet, stabilisiert und fertigbearbeitet, sollte bei der Bestellung des Rohmaterials genügend Materialzugabe für die Beseitigung von Verformungen vorgesehen werden.

Anwendungsunterschied 2: Werkzeuge für Verbundwerkstoffe und Formen für die Luft- und Raumfahrt

Invar 36 wird häufig für Werkzeuge zum Auflegen von Verbundwerkstoffen, Autoklavenformen, Klebewerkzeuge, Beschnittvorrichtungen und Montagewerkzeuge für die Luft- und Raumfahrt eingesetzt, da seine Ausdehnung in bestimmten Richtungen nahezu der von Kohlefaser-Verbundlaminaten entspricht. Bei wiederholten Aufheiz- und Abkühlzyklen kann ein gut konstruiertes Invar-Werkzeug dazu beitragen, die Teilegeometrie zu kontrollieren und Passungsabweichungen im Vergleich zu Werkzeugmetallen mit höherer Ausdehnung zu verringern.

Der Nutzen hängt von der Laminatarchitektur, der Aushärtungstemperatur, der Werkzeuggröße, der Aufheizgeschwindigkeit, der Stützstruktur, der Schweißnahtauslegung, der Wandstärke sowie der tatsächlichen Ausdehnung sowohl des Werkzeugs als auch des Bauteils ab. Große, gefertigte Formen können sich aufgrund von Schweißschrumpfung, lokalen Steifigkeitsunterschieden, früheren Reparaturen oder ungleichmäßiger Erwärmung verziehen. Die Materialgüte allein kann die Genauigkeit des Werkzeugs nicht gewährleisten.

Invar 42 kann in Betracht gezogen werden, wenn seine Ausdehnung besser zu einem bestimmten Werkzeugsatz oder einer bestimmten Klebeverbindung passt, es ist jedoch nicht die übliche Standardwahl für Verbundwerkzeuge mit minimaler Ausdehnung. Der Konstrukteur sollte die Verformung über den gesamten Aushärtungszyklus hinweg vergleichen und sich nicht nur auf den Ausdehnungskoeffizienten bei Raumtemperatur stützen.

Anwendungsunterschied 3: Kryotechnische Anlagen und LNG-Systeme

Invar 36 wird häufig in kryogenen Konstruktionen und LNG-Behältern eingesetzt, da es bei niedrigen Temperaturen eine ausreichende Zähigkeit beibehält und im Vergleich zu gewöhnlichen Stählen in den relevanten Temperaturbereichen eine sehr geringe thermische Ausdehnung aufweist. Die geringe Ausdehnung kann thermische Bewegungen reduzieren, die Einhaltung von Abständen erleichtern und große Temperaturschwankungen in speziellen Membran- oder Präzisionsbaugruppen für kryogene Anwendungen ausgleichen.

Bei der Materialauswahl für den Einsatz im LNG-Bereich müssen nach wie vor die maßgebende Konstruktionsnorm, die genehmigte Produktspezifikation, die Qualifizierung des Schweißverfahrens, die Anforderungen an die Bruchzähigkeit, die Strategie zur Gewährleistung der Dichtheit, die Korrosionsumgebung sowie systemspezifische Zulassungen berücksichtigt werden. Handelsübliches Invar 36 in Stangen- oder Blechform sollte nicht als gleichwertig mit einem qualifizierten LNG-Membranprodukt angesehen werden.

Invar 42 wird seltener gewählt, wenn eine möglichst geringe kryogene Kontraktion das vorrangige Ziel ist. Es kann in kryogenen elektronischen Durchführungen oder verbundenen Baugruppen zum Einsatz kommen, bei denen eine angepasste Ausdehnung wichtiger ist als eine möglichst geringe Kontraktion.

Anwendungsunterschied 4: Glas-Metall- und Keramik-Metall-Versiegelung

Invar 42 ist in der Regel die relevantere Sorte, wenn das Bauteil Teil einer Glas-Metall- oder Keramik-Metall-Versiegelung ist. Typische Beispiele hierfür sind hermetische Durchführungen, Lampenanschlussdrähte, Elektroniksteckverbinder, Relaisanschlüsse, Sensorgehäuse, Vakuumgeräte, Halbleitergehäuse und versiegelte elektrische Steckverbinder. Das Konstruktionsziel besteht darin, die thermische Belastung während des Versiegelungsvorgangs und im Betrieb innerhalb der Festigkeitsgrenzen des Glases, der Keramik, der Hartlötverbindung, der Beschichtung und der Metallgrenzfläche zu halten.

Bei Weichglas-Anschlussdrähten kann ein Nickel-Eisen-Kern vom Typ 42% mit Kupfer ummantelt werden, um einen Verbundwerkstoff vom Typ Dumet herzustellen. Die Kupferummantelung beeinflusst die Oxidation, die Benetzbarkeit, die Leitfähigkeit und das effektive Ausdehnungsverhalten des fertigen Drahtes. Die Angabe von blankem Alloy-42-Stabmaterial, wenn die Zeichnung einen kontrollierten, kupferummantelten Dichtungsdraht vorsieht, würde daher eine Materialfehlanpassung darstellen, auch wenn die chemische Zusammensetzung des Kerns ähnlich ist.

Bei Dichtungen aus Hartglas oder Keramik bieten möglicherweise andere Legierungen mit kontrollierter Ausdehnung, wie beispielsweise Fe-Ni-Co-Legierungen vom Kovar-Typ, eine bessere Übereinstimmung. Die Legierung 42 sollte nicht als universelle Dichtungslegierung betrachtet werden. Die Glaszusammensetzung, der Glühpunkt, die Dichtungstemperatur, die Wandstärke, die Fugengeometrie, der Oxidationszustand, die Beschichtung und die Abkühlgeschwindigkeit bestimmen, ob die Übereinstimmung akzeptabel ist.

Fragen, die bei einem Antrag auf Versiegelung beantwortet werden müssen

• Um welche Glas- oder Keramikgüte handelt es sich genau und wie sieht deren Ausdehnungskurve aus?
• Welche Temperaturen werden beim Versiegeln, Glühen, Prüfen und im Betrieb erreicht?
• Handelt es sich bei dem Metall um die Legierung 42 in blanker Ausführung, um die Legierung 42 in beschichteter Ausführung oder um einen kupferbeschichteten Verbundwerkstoff?
• Handelt es sich bei der Dichtung um eine Kompressionsdichtung, eine angepasste Dichtung oder eine andere technische Geometrie?
• Welche Prüfungen hinsichtlich Leckagerate, Zugfestigkeit, elektrischer Eigenschaften, optischer Eigenschaften und Temperaturwechselbeständigkeit sind durchzuführen?
• Welche Oberflächenvorbereitung und welcher Oxidzustand sind vor dem Versiegeln erforderlich?

Anwendungsunterschied 5: Halbleiter-Leiterrahmen und Elektronikgehäuse

Invar 42 wird üblicherweise im Bereich der Halbleiter- und Elektronikverpackungen eingesetzt, wo Maßhaltigkeit, thermische Ausdehnungskompatibilität, Stanzbarkeit, Beschichtbarkeit und hermetische Eigenschaften in Einklang gebracht werden müssen. Das Band kann zu Leiterrahmen, Sockeln, Deckeln, Masken, Trägern oder internen Gehäusekomponenten gestanzt oder geätzt werden. Die moderate Ausdehnung der Legierung kann im Vergleich zu gewöhnlichen Stählen die Spannungen verringern, wenn sie mit ausgewählten Keramiken, Gläsern oder Halbleiterstrukturen verbunden wird.

Invar 36 kann auch in der Elektronik zum Einsatz kommen, insbesondere bei Präzisionsmasken, Resonanzstrukturen, Mikrowellenkomponenten, Werkzeugen für die Displayherstellung und Vorrichtungen, bei denen minimale thermische Bewegungen wichtiger sind als die Passgenauigkeit der Dichtungen. Die Angabe “in der Elektronik verwendet” reicht daher nicht aus, um die richtige Sorte zu identifizieren. Die Schnittstelle und die Maßfunktion müssen angegeben werden.

Bei Stanzbändern sollten Käufer folgende Parameter festlegen: Dicke, Breite, Coilgewicht, Kantenbeschaffenheit, Wölbung, Grate, Ebenheit, Härtegrad, Faserrichtung, Oberflächenrauheit, Beschichtungsanforderungen und Sauberkeit. Das Expansionsverhalten kann kommerziell an Bedeutung verlieren, wenn das Material nicht innerhalb der Produktionstoleranzen gestanzt, beschichtet oder indexiert werden kann.

Mechanische, magnetische und korrosionsbedingte Unterschiede, die sich auf die Konstruktion auswirken

Die Wärmeausdehnung spielt beim Vergleich zwar die Hauptrolle, ist jedoch nicht die einzige Eigenschaft. Beide Legierungen sind eisenhaltig und können unterhalb ihrer Curie-Temperaturen magnetisch sein. Invar 36 weist aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung eine niedrigere Curie-Temperatur auf als Alloy 42. Die magnetische Permeabilität und das Maßverhalten können bei Sensoren, Elektronenstrahlgeräten, Präzisionsaktuatoren, magnetischen Abschirmkonstruktionen und Kalibriersystemen von Bedeutung sein.

Weder Invar 36 noch Invar 42 sollten allein aufgrund des Nickelgehalts für eine chemisch aggressive Umgebung ausgewählt werden. Ihr Nickelgehalt dient der Ausdehnungskontrolle und nicht der umfassenden Korrosionsbeständigkeit, wie sie bei den Werkstofffamilien Inconel, Hastelloy oder Monel gegeben ist. Feuchtigkeit, Salz, Säuren, Reinigungschemikalien, Porosität der Beschichtung, galvanische Kontakte und Kondensation erfordern eine gesonderte Prüfung.

Normen und Spezifikationen: Bestellen Sie nicht allein anhand des Handelsnamens

Legierungen mit kontrolliertem Ausdehnungsverhalten sind in ASTM B753, den Spezifikationen für Dichtungslegierungen der ASTM F-Reihe, Spezifikationen für die Luft- und Raumfahrt, nationalen Normen, Herstellerspezifikationen und Kundenzeichnungen aufgeführt. Invar 36 kann für bestimmte Produktformen auch unter ASTM F1684 oder einer spezifischen UNS-Bezeichnung aufgeführt sein. Draht oder Dichtungsprodukte aus der Legierung 42 können durch ASTM F29 oder ein anderes anwendungsspezifisches Dokument geregelt sein. Die korrekte Referenz hängt von der Form und dem Verwendungszweck ab.

Wenn eine ältere Zeichnung auf eine veraltete Spezifikation verweist, sollte der Einkäufer diese nicht einfach stillschweigend ersetzen. Die technische Fachstelle sollte die chemische Zusammensetzung, die Ausdehnungsgrenzen, die mechanischen Anforderungen, die Abmessungen, die Prüfverfahren und den Produktzustand vergleichen, bevor sie ein gleichwertiges Produkt genehmigt.

Wärmebehandlung, Kaltumformung und Maßhaltigkeit

Bei der Kaltumformung entstehen Eigenspannungen. Durch die maschinelle Bearbeitung wird Material asymmetrisch abgetragen. Beim Schweißen kommt es zu lokaler Erwärmung und Schrumpfung. Durch Richten und Umformen werden die Spannungen neu verteilt. Bei einem normalen Bauteil lassen sich diese Effekte möglicherweise noch in den Griff bekommen, bei einem Präzisionsbauteil aus Invar können sie jedoch zur Hauptursache für Versatz oder Verformung werden.

Bei Invar-36-Bauteilen, die eine hohe Maßhaltigkeit erfordern, kann eine kontrollierte Abfolge aus Grobbearbeitung, Lösungs- oder Stabilisierungsbehandlung, Auslagerung, Zwischenbearbeitung und Endbearbeitung zum Einsatz kommen. Der genaue Ablauf hängt von der Querschnittsgröße, der Spezifikation, der Ausrüstung und der erforderlichen Stabilität ab. Die Anwendung eines generischen Online-Wärmebehandlungsverfahrens ohne qualifizierte Prozesssteuerung kann zu Zunderbildung, Entkohlung, Verformung, Kornwachstum oder Eigenschaften führen, die außerhalb der Kaufanforderungen liegen.

Band aus der Legierung 42 für das Stanzen kann in einem für das Stanzen, Umformen oder das Federverhalten ausgewählten Zustand geliefert werden. Dichtungsdraht erfordert unter Umständen einen bestimmten Glüzzustand und eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit. Eine für einen Brillengestellrahmen geeignete Wärmebehandlung ist nicht automatisch auch für eine Glasdichtung oder einen Leiterrahmen geeignet.

Zerspanung, Umformung, Schweißen und Oberflächenvorbereitung

Bearbeitung

Beide Legierungen lassen sich bearbeiten, können jedoch durch die Bearbeitung verfestigt werden und lange, zähe Späne bilden. Eine stabile Aufspannung, scharfe Werkzeuge, eine positive Schnittführung, eine kontrollierte Drehzahl, ein angemessener Vorschub und ein effektives Kühlmittelmanagement sind wichtig. Bei der Bearbeitung von Präzisionsteilen aus Invar sollte auf einen ausgeglichenen Materialüberschuss geachtet und eine Bearbeitungsreihenfolge eingehalten werden, die Verformungen minimiert.

Umformen und Stanzen

Geglühte Bänder und Bleche können geformt, gezogen, gestanzt oder geprägt werden. Werkzeugabstand, Gratrichtung, Kornorientierung, Härte, Schmiermittel und Zwischenglühen müssen auf das Bauteil abgestimmt werden. Bei Elektronikbändern können die Kantenqualität und die Gleichmäßigkeit der Coils ebenso wichtig sein wie die Nennzusammensetzung.

Schweißen und Hartlöten

Herkömmliche Schweißverfahren können unter Einhaltung qualifizierter Verfahren angewendet werden. Die Wärmezufuhr und die Einspannung sollten kontrolliert werden, da Verformungen den Grund für die Wahl einer Legierung mit geringer Ausdehnung zunichte machen können. Bei hartgelöteten oder abgedichteten Baugruppen erfordern Schweißzusatzwerkstoff, Beschichtung, Oxidvorbereitung, Fugenspalt, Temperaturzyklus und Restspannung eine anwendungsspezifische Qualifizierung.

Beschichtung und Reinigung

Für elektronische Anwendungen, zur Abdichtung, zum Korrosionsschutz, zur Lötbarkeit oder zur Kontaktleistung können Nickel-, Kupfer-, Gold-, Zinn- oder andere Beschichtungen vorgeschrieben werden. Die Oberfläche des Substrats, die Reinigungschemie, die Aktivierung, die Schichtdicke, die Haftfestigkeit, die Porosität und die Anforderungen an den Nachaushärtungsvorgang sollten angegeben werden. Ein Werkszeugnis ist kein Nachweis für die Eignung der Beschichtung.

Prüfung und Nachweis für einen vertretbaren Kauf

Bei einer kritischen Ausdehnungsanforderung sollte im Voraus vereinbart werden, ob die Prüfung an der Wärmequelle, am Produkt, am Fertigteil oder an einer Referenzprobe durchgeführt wird. Das Prüflabor sollte dasselbe Temperaturintervall und dieselbe Berichts konvention verwenden wie bei der Konstruktion. Andernfalls sind zwei technisch korrekte Berichte möglicherweise nicht miteinander vergleichbar.

Warum die Preisangaben für Invar 36 und Invar 42 voneinander abweichen können

Der Preis wird beeinflusst durch den Marktwert von Nickel, das Schmelzverfahren, die chemische Zusammensetzung, die Bestellmenge, die Produktform, die Breite oder den Durchmesser, den Härtegrad, die Oberflächenbeschaffenheit, die Maßtoleranz, die Dehnungsprüfung, das Richten, die Wärmebehandlung, das Zuschneiden, die Beschichtung, die Prüfung, die Verpackung und den Bestimmungsort. Eine Sorte mit geringerem Nickelgehalt ist nicht automatisch günstiger, wenn die Sorte mit höherem Nickelgehalt in der gewünschten Form ab Lager lieferbar ist.

Bei kleinen Mengen von dünnem Präzisionsband, Feindraht, geschliffenen Stäben, breiten Blechen, Materialien mit spezieller Härtung oder geprüftem Material mit geringer Ausdehnung können hohe Umstellungskosten anfallen. Eine kundenspezifische Schmelze kann zu Mindestbestellmengen führen, die weit über dem Gewicht des Fertigteils liegen. Einkäufer sollten die Kosten für konformes, verwendbares Material vergleichen und nicht nur den Preis pro Kilogramm.

Bei internationalen Projekten sollte die Gültigkeitsdauer des Angebots die Entwicklung des Nickelpreises und die Produktionsplanung berücksichtigen. In den Lieferbedingungen sollte zwischen der Fertigstellung ab Werk, dem Abgang im Hafen und der Ankunft am Standort des Käufers unterschieden werden.

Ein Auswahlverfahren für Einkäufer und Ingenieure

1. Definieren Sie die Montagefunktion: minimale absolute Bewegung, angepasste Ausdehnung, thermische Betätigung, kryogene Kontraktion oder eine andere Anforderung.
2. Erfassen Sie den gesamten Temperaturverlauf, einschließlich Herstellung, Versiegelung, Prüfung, Transport, Betrieb, Reinigung und Abschaltung.
3. Ermitteln Sie jedes verbundene Material und ermitteln Sie dessen Ausdehnungskurve – nicht nur einen einzelnen Wert bei Raumtemperatur.
4. Wählen Sie die gewünschte Legierung und Produktform aus und geben Sie anschließend die maßgebliche Norm und die Bedingungen an.
5. Setzen Sie die Leistungsmerkmale in messbare Grenzwerte für Ausdehnung, Abmessungen, mechanische Eigenschaften, magnetisches Verhalten und Oberflächenbeschaffenheit um.
6. Überblick über die Fertigung: Schneiden, Zerspanung, Umformen, Schweißen, Hartlöten, Beschichten, Stabilisieren, Reinigen und Endkontrolle.
7. Versenden Sie an jeden Lieferanten die gleichen Ausschreibungsbedingungen und verlangen Sie, dass alle Abweichungen vor der Auftragsannahme aufgeführt werden.
8. Vergleichen Sie das Zertifikat, die Prüfberichte, die Kennzeichnungen am Material und die Maße, bevor das Material in die Produktion gelangt.

Durch diese Vorgehensweise bleibt der Zusammenhang zwischen der Legierungsbezeichnung und dem technischen Verwendungszweck erhalten. Außerdem wird so ein Datensatz erstellt, der bei einer erneuten Beschaffung desselben Bauteils herangezogen werden kann.

Abschließende Prüfung der Angebotsanfrage für Invar 36 oder Invar 42

• Werkstoff: Invar 36 / Legierung 36 / FeNi36 oder Invar 42 / Legierung 42 / FeNi42
• UNS, EN, DIN, Luft- und Raumfahrt, ASTM oder Kundenspezifikation und -revision
• Produktform: Platte, Blech, Band, Coil, Stange, Stab, Draht, Rohr, Schmiedeteil oder bearbeitetes Rohteil
• Abmessungen: Dicke, Breite, Länge, Durchmesser, Wandstärke, Coilgewicht, Geradheit, Ebenheit, Wölbung und Toleranzen
• Menge: Stück, Meter, Rollen, Kilogramm, Produktionspuffer und benötigte Ersatzteile
• Zustand: geglüht, kaltverformt, angelassen, stabilisiert, geschliffen, gebeizt, blank, beschichtet oder ein anderer angegebener Zustand
• Anwendungs- und Konstruktionsziel: minimale Ausdehnung oder angepasste Ausdehnung
• Für die Abnahme der Ausdehnung verwendetes Temperaturintervall und thermischer Zyklus
• Anschlusssystem für Glas, Keramik, Verbundwerkstoffe, Metall, Halbleiter, Beschichtungen oder Ummantelungen
• Erforderliche chemische, mechanische, Dehnungs-, Magnet-, Dichtheits-, Galvanik- oder Sonderprüfungen
• Zertifikatstyp, PMI-Geltungsbereich, Prüfung durch Dritte, Rückverfolgbarkeit und Kennzeichnung
• Zuschnitt, Bearbeitungszugabe, Kantenbeschaffenheit, Verpackung, Rostschutz und Exportkennzeichnungen
• Bestimmungsort, Incoterm, geforderter Ankunftstermin, Gültigkeitsdauer des Angebots und Abweichungsregel

Fügen Sie bei einem Dichtungsprojekt die Dichtungszeichnung sowie die Daten zu Glas oder Keramik bei. Bei einer Präzisionskonstruktion fügen Sie bitte die Toleranzvorgaben und die Stabilisierungsanforderungen bei. Bei einer Verbundform geben Sie bitte den Aushärtungszyklus, die Werkzeugabmessungen, das Schweißkonzept und die Anforderungen an die Endgenauigkeit an.

Häufig gestellte Fragen

Ist Invar 42 besser als Invar 36?

Keines der beiden Materialien ist in jedem Fall besser. Invar 36 ist in der Regel die bessere Wahl, wenn eine möglichst geringe Maßänderung das vorrangige Ziel ist. Invar 42 ist in der Regel die bessere Wahl, wenn eine kontrollierte Ausdehnung erforderlich ist, die auf ein ausgewähltes Glas, eine Keramik, eine elektronische Gehäusehülle oder ein angrenzendes Material abgestimmt ist.

Welche Legierung weist den geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf?

Invar 36 weist bei normalen Umgebungstemperaturen und innerhalb seines qualifizierten Bereichs mit geringer Ausdehnung die geringere Ausdehnung auf. Der genaue Wert hängt von der chemischen Zusammensetzung, der Verarbeitung, dem Zustand und dem in der Prüfung angegebenen Temperaturbereich ab.

Kann Invar 36 die Legierung 42 in einer Glas-Metall-Verbindung ersetzen?

Nicht ohne technische Freigabe und Dichtungsqualifizierung. Eine geringere Ausdehnung ist nicht automatisch sicherer. Die Fehlanpassung kann die Spannungen im Glas während des Versiegelungs- und Abkühlvorgangs erhöhen. Die Glaszusammensetzung, die Geometrie, der Temperaturzyklus, die Oxidschicht, die Beschichtung sowie die Anforderungen an die Dichtheit müssen überprüft werden.

Kann Alloy 42 Invar 36 in einer optischen Bank ersetzen?

Nur wenn die größere thermische Ausdehnung innerhalb der zulässigen Grenzen für optische und Maßfehler bleibt. Ein direkter Austausch kann die Stabilität beeinträchtigen, da sich die Legierung 42 im üblichen Temperaturbereich in der Regel um ein Vielfaches stärker ausdehnt als Invar 36.

Sind Invar 36 und Invar 42 korrosionsbeständig?

Sie weisen unter kontrollierten Bedingungen ein vorteilhaftes Verhalten gegenüber atmosphärischen Einflüssen auf, sollten jedoch nicht als rostfreie oder hochnickelhaltige Korrosionslegierungen betrachtet werden. Bei Feuchtigkeit, Salz, Säuren, Reinigungschemikalien und galvanischem Kontakt sind je nach Bedarf Beschichtungen, Galvanisierung, Verpackung oder ein anderes Material erforderlich.

Welcher Standard sollte festgelegt werden?

Die Antwort hängt von der Produktform und der Anwendung ab. Es können ASTM B753, ASTM F1684, ASTM F29, Spezifikationen für die Luft- und Raumfahrt, nationale Normen, Herstellerspezifikationen und Kundenzeichnungen zur Anwendung kommen. Geben Sie bitte das genaue Dokument und die genaue Fassung an, anstatt nur nach dem Handelsnamen zu bestellen.

Beweist ein Werkszeugnis die Maßhaltigkeit?

Nur wenn das Zertifikat die erforderlichen Nachweise zur Ausdehnung oder Stabilisierung enthält. Standardmäßige chemische Analysen und Zugversuchsergebnisse belegen nicht automatisch die für eine Präzisionskonstruktion erforderliche Wärmeausdehnungskurve, den Restspannungszustand oder die langfristige Maßhaltigkeit.

Welche Informationen sind für eine Angebotsanfrage zu Dichtungen aus Legierung 42 am wichtigsten?

Geben Sie bitte die genaue Glas- oder Keramikart, die Dichtungszeichnung, die Ausführung (unbeschichtet oder kupferbeschichtet), die Abmessungen, die Oberflächenbeschaffenheit oder Beschichtung, den Temperaturwechselzyklus, Dichtheits- und Vakuumprüfungen, die Anforderungen an die Ausdehnung, die Menge, den Prüfumfang und den Lieferort an.

Welche Informationen sind für eine Angebotsanfrage für Invar-36-Werkzeuge am wichtigsten?

Geben Sie die Werkstoffspezifikation, die Abmessungen der Bleche oder Stangen, den Schweiß- oder Bearbeitungsplan, den Aushärtungs- oder Betriebstemperaturzyklus, die Endgenauigkeit, die Wärmebehandlungs- oder Stabilisierungsabfolge, die Prüfpunkte, die Rückverfolgbarkeit sowie den gewünschten Liefertermin an.

Endgültige Beschaffungsentscheidung zu Invar 36 gegenüber Invar 42

Der wichtigste Unterschied bei der Anwendung von Invar 36 und Invar 42 liegt in der Konstruktionsstrategie. Invar 36 minimiert die absolute Maßänderung. Invar 42 bietet eine höhere, kontrollierte Ausdehnungskurve, die auf ausgewählte Glas-, Keramik- und Elektronikgehäuse oder verbundene Werkstoffe abgestimmt werden kann. Die Wahl zwischen den beiden Materialien hängt vom gesamten Temperaturbereich, den Gegenwerkstoffen, dem Produktzustand und dem Fertigungsverfahren ab.

Ein begründeter Einkauf verbindet die Legierungsbezeichnung, die Spezifikation, die Produktform, die Anforderungen an die Wärmeausdehnung, die Abmessungen, die Wärmebehandlung, die Fertigung, die Prüfung, die Rückverfolgbarkeit und die Geschäftsbedingungen miteinander. Außerdem wird darin die Bedingung festgelegt, die eine erneute Materialprüfung auslösen würde.

28Nickel liefert Legierungsplatten, -bleche, -bänder, -stangen, -stäbe, -drähte, -rohre sowie projektspezifische Rohstoffe mit kontrollierter Ausdehnung für die internationale Fertigung. Bitte senden Sie uns die Legierungsbezeichnung, die Abmessungen, die Menge, den Verwendungszweck, den Temperaturbereich, das Gegenmaterial, die Prüfanforderungen, den Bestimmungsort und den Zeitplan zur technischen und kaufmännischen Prüfung zu.

Fordern Sie ein Angebot bei 28Nickel an.