Una búsqueda de Diferencias en las aplicaciones del Invar 36 y el Invar 42 suele significar que la decisión sobre el material ha llegado a una fase práctica. El comprador ya no se pregunta si ambas aleaciones tienen una baja expansión térmica. La verdadera cuestión es si la pieza debe mantener su estabilidad dimensional por sí misma o si su expansión debe seguir la de un vidrio, una cerámica, un semiconductor o un metal adyacente durante el calentamiento y el enfriamiento.
Tanto el Invar 36 como el Invar 42 son aleaciones de hierro y níquel de expansión controlada, pero el níquel adicional del Invar 42 modifica la curva de expansión lo suficiente como para que ambos grados desempeñen funciones de diseño distintas. El Invar 36 se elige cuando el objetivo principal es lograr la menor variación dimensional posible dentro de un intervalo de temperatura definido. El Invar 42 se suele elegir cuando es necesario que una tasa de expansión predecible y moderadamente baja se adapte a otro material y reduzca la tensión térmica en una interfaz unida o sellada.
Esta diferencia parece sencilla, pero los errores en las compras siguen siendo habituales. Un plano puede indicar únicamente “Invar”, un proveedor puede presupuestar cualquier grado de níquel 36% o 42% disponible, o un ingeniero puede comparar un coeficiente a temperatura ambiente sin comprobar el ciclo térmico completo. La forma del producto, el control químico, el tratamiento térmico, el trabajo en frío, la orientación del grano, el estado de la superficie, la estabilidad dimensional, el comportamiento magnético y la especificación ASTM o del cliente aplicable pueden influir en el resultado final.
Esta guía está dirigida a ingenieros, fabricantes de productos electrónicos, diseñadores de sistemas ópticos, equipos de utillaje de materiales compuestos, responsables de compras y compradores internacionales. En ella se explica en qué aplicaciones se justifica el uso de cada aleación, en qué casos la comparación puede resultar engañosa y qué información es necesaria para que 28Nickel pueda elaborar un presupuesto técnicamente comparable.
Ponte en contacto con 28Nickel para solicitar un presupuesto para tu proyecto junto con la designación de la aleación, la forma del producto, las dimensiones, la cantidad, el rango de temperaturas de funcionamiento, el material de contacto, los datos de expansión requeridos, el alcance de la inspección, el destino y el calendario de entrega.
Invar 36 frente a Invar 42: la decisión rápida sobre la aplicación
El método de selección más rápido y fiable consiste en partir de la función de expansión térmica. No hay que empezar por el precio, las existencias o la suposición de que un coeficiente más bajo es automáticamente mejor. La relación necesaria entre la aleación y el conjunto completo es lo que determina la dirección correcta.
| Pregunta de selección | Normalmente se suele optar por el Invar 36 cuando | El Invar 42 suele ser la opción preferida cuando |
|---|---|---|
| Objetivo principal del diseño | El propio componente debe cambiar de tamaño lo menos posible. | El componente debe expandirse de forma controlada junto con el vidrio, la cerámica, los materiales de encapsulado a base de silicio u otros materiales con los que esté unido. |
| Familia de aplicaciones típicas | Estructuras de precisión, bancos ópticos, metrología, moldes para materiales compuestos, soportes criogénicos, bastidores de calibración. | Sellos herméticos, encapsulados electrónicos, componentes de relés, marcos de conductores, pasamuros, interfaces de vidrio o cerámica. |
| Estrategia de expansión térmica | Reducir al mínimo la variación dimensional absoluta en todo el rango de trabajo. | Adaptarse a la curva de dilatación del material adyacente a lo largo del ciclo de sellado o de funcionamiento. |
| Riesgo principal de diseño | Utilizar datos fuera del intervalo de temperaturas de baja expansión o no tener en cuenta la estabilidad dimensional a largo plazo. | Se ajusta únicamente a un punto de temperatura, en lugar de a toda la curva de calefacción y refrigeración. |
| Error habitual al realizar compras | Pedido de material genérico de Fe-Ni sin requisito de expansión controlada. | Solicitar la “aleación 42” sin especificar el tipo de vidrio, la cerámica, el revestimiento de cobre, la geometría de la junta ni las pruebas de aceptación. |
La tabla es una herramienta de selección, no una aprobación definitiva. Un instrumento óptico que funciona entre -40 °C y 80 °C, un molde compuesto sometido a ciclos de hasta 180 °C y un terminal sellado con vidrio cocido a más de 700 °C no utilizan los mismos datos de dilatación. Para realizar una comparación adecuada, hay que tener en cuenta el historial de temperaturas real y el estado físico del producto entregado.
Identificación del material, contenido en níquel y denominaciones habituales
El Invar 36 es, nominalmente, una aleación de hierro que contiene aproximadamente un 36% de níquel. Puede denominarse «Aleación 36», «FeNi36», «aleación 36 de baja expansión» o mediante una designación UNS, como K93601 o K93603, dependiendo de las especificaciones del producto y de las prácticas del fabricante. Invar es también una marca comercial registrada en algunos mercados, por lo que los planos no deben basarse únicamente en el nombre comercial.
El Invar 42 es, nominalmente, una aleación de hierro que contiene aproximadamente níquel 42%. Puede denominarse «Aleación 42», «FeNi42», «aleación 42 de baja expansión», «Nilo 42» o cualquier otra designación relacionada del fabricante. Pueden aparecer referencias UNS K94100 o K94101 en función del producto y la especificación. La designación exacta debe estar vinculada al formulario de pedido, ya que el alambre para sellado, la banda para marcos de contactos, la chapa para accesorios y la barra para componentes mecanizados pueden regirse por documentos diferentes.
Comparación de la composición química nominal
| Elemento o característica | Invar 36 | Invar 42 | Por qué debería importarles a los compradores |
|---|---|---|---|
| Níquel | Aproximadamente 36% | Aproximadamente 42% | El contenido en níquel influye considerablemente en la curva de expansión térmica y en la temperatura de Curie. |
| Hierro | Saldo | Saldo | Ambas son aleaciones a base de hierro y requieren una protección contra la corrosión adecuada al entorno. |
| Carbono | Bajo y controlado según las especificaciones | Bajo y controlado según las especificaciones | El carbono influye en la trabajabilidad, la limpieza, el tratamiento térmico y la consistencia. |
| Manganeso y silicio | Añadidos menores controlados | Añadidos menores controlados | Los límites varían según la norma y el formato del producto; deben consultarse en el certificado de fábrica. |
| Finalidad metalúrgica principal | Alcanzar el mínimo profundo de la expansión térmica del Fe-Ni cerca del níquel 36%. | Proporciona una curva de expansión más pronunciada, pero estable, adecuada para conjuntos de expansión coordinada. |
Esta tabla es un resumen de la adquisición, no una especificación de aceptación. La orden de compra debe indicar la especificación ASTM, UNS, EN, DIN, del cliente o aeroespacial requerida, así como su revisión. Para la aceptación definitiva se deben utilizar los límites químicos y los requisitos de ensayo que figuran en dicho documento, y no una tabla comparativa de Internet.
Por qué una variación de seis puntos porcentuales en el contenido de níquel cambia la aplicación
El sistema Fe-Ni no presenta una relación lineal simple entre el contenido de níquel y la expansión térmica. En torno al 36% de níquel, los efectos magnéticos contrarrestan la expansión normal de la red cristalina y producen una expansión inusualmente baja conocida como «efecto Invar». Esto crea un mínimo pronunciado en la curva de expansión. Al acercarse al 42% de níquel, se abandona ese mínimo y se produce una tasa de expansión más elevada y regular.
En el caso del Invar 36, la ventaja de diseño radica en que una longitud de precisión, una referencia óptica, la superficie de un molde o una separación estructural varían muy poco con las fluctuaciones normales de temperatura. En el caso del Invar 42, la ventaja de diseño no radica en que se desplace menos que cualquier otra alternativa. Su valor reside en que su movimiento controlado puede acercarse más al movimiento de determinados vidrios, cerámicas, materiales relacionados con los semiconductores o estructuras compuestas de cables conductores.
Esa distinción evita un error habitual. Si un ingeniero sustituye el Invar 36 en una junta diseñada para la aleación 42, el metal podría expandirse muy poco en comparación con el vidrio y generar tensiones de tracción o compresión durante el calentamiento y el enfriamiento. Si se sustituye el Invar 36 por la aleación 42 en un bastidor de metrología diseñado para el Invar 36, el bastidor podría desplazarse varias veces más con los cambios de temperatura y superar el margen de error del instrumento, aunque la aleación 42 siga considerándose una aleación de baja expansión.
La expansión térmica debe compararse en un intervalo de temperaturas
Un único coeficiente indicado sin un intervalo de temperatura es incompleto. El coeficiente medio de expansión térmica se calcula entre dos temperaturas. La expansión instantánea varía continuamente con la temperatura. El tratamiento térmico, el conformado en frío, la composición química, los ciclos térmicos previos y la dirección de medición también pueden alterar el resultado. Por lo tanto, la comparación requiere una curva o un conjunto de valores medios que abarquen el proceso real.
| Comportamiento térmico | Invar 36 | Invar 42 |
|---|---|---|
| A temperatura cercana a la ambiente | Coeficiente de dilatación medio muy bajo; el material, cuando se ha sometido a un procesamiento minucioso, suele situarse entre 1 y 2 µm/m·K en un rango limitado de temperaturas ambientales. | Mayor expansión controlada; el valor depende en gran medida del intervalo indicado y suele ser varias veces superior al del Invar 36. |
| Temperatura moderada | La dilatación aumenta a medida que la temperatura se acerca y supera el rango efectivo del Invar. | Mantiene una respuesta de baja dilatación relativamente estable en un intervalo más amplio de temperaturas elevadas. |
| Interpretación del diseño | Es la mejor opción cuando se requiere un movimiento absoluto mínimo dentro del intervalo especificado. | Es la mejor opción cuando la curva de la aleación debe seguir la de otro material durante el montaje, el sellado o el funcionamiento. |
| Justificante de compra obligatorio | Los límites de expansión para el intervalo de temperatura exacto, la condición y la dirección eran fundamentales. | Curva de dilatación o límites de ensayo adaptados al vidrio, la cerámica, el sistema de revestimiento y el ciclo térmico especificados. |
Los datos publicados por los fabricantes ilustran la magnitud de la diferencia. Los datos comerciales del Invar 36 pueden mostrar un CTE medio cercano a 1,3 µm/m·K desde la temperatura ambiente hasta unos 93 °C, aumentando a temperaturas más elevadas. Los datos de la aleación de níquel 42% comercial pueden indicar un valor medio de entre 6 y 7 µm/m·K en un rango mucho más amplio que se extiende hasta los 400 °C. Estas cifras son útiles para la selección inicial, pero en el proyecto nunca se deben mezclar valores medidos en diferentes intervalos de temperatura como si fueran directamente intercambiables.
Cuando la dilatación sea un factor crítico para la misión, la solicitud debe indicar el cambio dimensional máximo permitido o la banda de dilatación requerida, en lugar de limitarse a especificar una aleación. De este modo, se proporciona a la fábrica y al laboratorio de ensayos un objetivo de aceptación cuantificable.
Diferencia de aplicación n.º 1: Metrología de precisión, óptica y estructuras de instrumentos
El Invar 36 suele ser la mejor opción para la metrología de precisión, bancos ópticos, estructuras de interferómetros, soportes para láseres, soportes para telescopios, instrumentos topográficos, marcos de calibración, patrones de longitud y referencias mecánicas de alta precisión. Estos sistemas suelen requerir que la distancia entre dos puntos se mantenga estable mientras varía la temperatura ambiente, el equipo se calienta o la estructura se desplaza entre entornos controlados y no controlados.
La elección del material no se basa únicamente en una baja dilatación. Los diseñadores también evalúan la rigidez, la masa, la conductividad térmica, el comportamiento de microcedimiento, la tensión residual, la respuesta magnética, el método de unión y la estabilidad temporal. Un marco grueso de Invar 36 con tensiones de soldadura no controladas puede sufrir desviaciones incluso cuando su CTE nominal sea excelente. El aluminio fino con control activo de la temperatura puede ofrecer mejores resultados que un Invar mal procesado en un instrumento concreto. El balance global de errores del sistema sigue siendo decisivo.
El Invar 42 no suele ser la primera opción cuando el único objetivo es minimizar el desplazamiento. Se puede utilizar en componentes de instrumentos en los que su dilatación se adapta mejor a la de otra pieza o en los que resulta más útil su comportamiento general a temperaturas elevadas, pero su sustitución del Invar 36 debe estar respaldada por un análisis dimensional.
Controles de adquisición para estructuras de precisión
En las aplicaciones de precisión se debe especificar la forma del producto, el margen de mecanizado, las condiciones de tratamiento térmico, la secuencia de distensión o estabilización, la orientación, la planitud o rectitud, la calidad ultrasónica cuando sea necesario y la fase en la que se realiza el ensayo de expansión final. Si las piezas se someten a un mecanizado en bruto, se estabilizan y se someten a un mecanizado de acabado, el pedido de materia prima debe dejar suficiente material para eliminar la deformación.
Diferencia n.º 2 en cuanto a aplicaciones: utillaje para materiales compuestos y moldes para el sector aeroespacial
El Invar 36 se utiliza ampliamente en herramientas para el laminado de compuestos, moldes de autoclave, herramientas de unión, utillajes de recorte y herramientas de montaje aeroespacial, ya que su coeficiente de dilatación puede ser similar al de los laminados de compuestos de fibra de carbono en determinadas direcciones. Durante ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento, una herramienta de Invar bien diseñada puede ayudar a controlar la geometría de la pieza y reducir las desviaciones en comparación con metales para herramientas de mayor expansión.
El resultado depende de la arquitectura laminada, la temperatura de curado, el tamaño del molde, la velocidad de calentamiento, la estructura de soporte, el diseño de las uniones, el espesor de la capa exterior y la expansión real tanto del molde como de la pieza. Los moldes fabricados de gran tamaño pueden deformarse debido a la contracción de las uniones, a diferencias locales de rigidez, a reparaciones previas o a un calentamiento no uniforme. El tipo de material por sí solo no puede garantizar la precisión del molde.
Se puede considerar el uso de Invar 42 cuando su dilatación se adapte mejor a un conjunto específico de herramientas o a una interfaz de unión, pero no es la opción predeterminada habitual para herramientas compuestas de dilatación mínima. El diseñador debe comparar la deformación durante todo el ciclo de curado, y no solo el coeficiente de dilatación térmica (CTE) a temperatura ambiente.
Diferencia de aplicación n.º 3: Equipos criogénicos y sistemas de GNL
El Invar 36 se utiliza en estructuras criogénicas y en sistemas de contención de GNL, ya que conserva una tenacidad útil a bajas temperaturas y presenta una contracción térmica muy baja en comparación con los aceros comunes en los rangos de temperatura pertinentes. Esta baja contracción permite reducir el movimiento térmico, facilitar el control de las distancias entre soportes y adaptarse a grandes variaciones de temperatura en membranas especializadas o conjuntos criogénicos de precisión.
La selección de materiales para aplicaciones de GNL sigue requiriendo el cumplimiento del código de diseño vigente, las especificaciones aprobadas del producto, la cualificación del procedimiento de soldadura, los requisitos de tenacidad frente a la fractura, la estrategia de estanqueidad, el entorno de corrosión y las homologaciones específicas del sistema. No debe darse por sentado que las barras o chapas comerciales de Invar 36 sean equivalentes a un producto de membrana para GNL homologado.
El Invar 42 se suele elegir con menos frecuencia cuando el objetivo principal es lograr una contracción criogénica mínima. Puede utilizarse en pasamuros electrónicos criogénicos o en conjuntos ensamblados en los que la expansión coordinada sea más importante que la menor contracción posible.
Diferencia n.º 4 en las aplicaciones: Sellado de vidrio a metal y de cerámica a metal
El Invar 42 suele ser el tipo más adecuado cuando el componente forma parte de un sellado vidrio-metal o cerámica-metal. Entre los ejemplos típicos se incluyen los pasamuros herméticos, los cables de conexión de lámparas, los conectores electrónicos, los terminales de relés, los paquetes de sensores, los dispositivos de vacío, los paquetes de semiconductores y los conectores eléctricos sellados. El objetivo del diseño es mantener la deformación térmica dentro de los límites de resistencia del vidrio, la cerámica, la soldadura fuerte, el recubrimiento y la interfaz metálica durante el sellado y el funcionamiento.
En el caso de los hilos conductores de vidrio blando, un núcleo de níquel-hierro 42% puede recubrirse de cobre para crear un compuesto de tipo Dumet. La capa de cobre influye en la oxidación, la humectabilidad, la conductividad y el comportamiento de dilatación efectivo del alambre acabado. Por lo tanto, especificar una barra de aleación 42 sin recubrimiento cuando el plano requiera un alambre de sellado revestido de cobre de propiedades controladas supondría una incompatibilidad de materiales, aunque la composición química del núcleo sea similar.
En el caso de las juntas de vidrio duro o cerámica, otras aleaciones de expansión controlada, como los grados de Fe-Ni-Co tipo Kovar, pueden ofrecer una compatibilidad más adecuada. La aleación 42 no debe considerarse una aleación de sellado universal. La composición del vidrio, el punto de recocido, la temperatura de sellado, el espesor de la pared, la geometría de la junta, el estado de los óxidos, el recubrimiento y la velocidad de enfriamiento determinan si la compatibilidad es aceptable.
Preguntas que deben responderse para una solicitud de sellado
- ¿Cuál es exactamente el tipo de vidrio o cerámica y su curva de expansión?
- ¿Qué temperaturas se alcanzan durante el sellado, el recocido, las pruebas y el funcionamiento?
- ¿El metal es una aleación 42 sin recubrimiento, una aleación 42 recubierta o un compuesto revestido de cobre?
- ¿La junta es de compresión, de acoplamiento o presenta otra geometría diseñada?
- ¿Qué ensayos de tasa de fuga, resistencia a la tracción, eléctricos, visuales y de ciclos térmicos se aplican?
- ¿Qué preparación de la superficie y en qué estado debe encontrarse el óxido antes del sellado?
Diferencia de aplicación n.º 5: Placas de conexión para semiconductores y encapsulados electrónicos
El Invar 42 se utiliza habitualmente en el sector de los semiconductores y los encapsulados electrónicos, donde es necesario equilibrar el control dimensional, la compatibilidad en cuanto a la expansión térmica, la capacidad de estampado, la respuesta al recubrimiento y el rendimiento hermético. Las tiras pueden estamparse o grabarse para fabricar marcos de contactos, bases, tapas, máscaras, soportes o componentes internos de los encapsulados. La expansión moderada de la aleación puede reducir la tensión en comparación con los aceros comunes cuando se une a determinados materiales cerámicos, vidrios o estructuras semiconductoras.
El Invar 36 también puede utilizarse en el sector de la electrónica, especialmente en máscaras de precisión, estructuras resonantes, componentes de microondas, utillaje relacionado con pantallas y accesorios en los que es más importante un desplazamiento térmico mínimo que la compatibilidad de las juntas. Por lo tanto, la expresión “utilizado en electrónica” no identifica el grado correcto. Es necesario especificar la interfaz y la función dimensional.
En el caso de las tiras estampadas, los compradores deben especificar el espesor, la anchura, el peso de la bobina, el estado de los bordes, la curvatura, las rebabas, la planitud, el temple, la dirección del grano, la rugosidad superficial, los requisitos de recubrimiento y la limpieza. El producto puede perder su valor comercial si el material no puede ser estampado, recubierto o indexado dentro de las tolerancias de producción.
Diferencias mecánicas, magnéticas y de corrosión que influyen en el diseño
La expansión térmica es el factor más destacado en la comparación, pero no es la única propiedad. Ambas aleaciones son ferrosas y pueden ser magnéticas por debajo de sus temperaturas de Curie. El Invar 36 tiene una temperatura de Curie más baja que la Aleación 42 debido a la diferencia en su composición. La permeabilidad magnética y la respuesta dimensional pueden ser importantes en sensores, equipos de haz de electrones, actuadores de precisión, diseños de blindaje magnético y sistemas de calibración.
| Superficie de la vivienda | Repercusiones en el diseño | Medida de contratación pública |
|---|---|---|
| Resistencia y dureza | El trabajo en frío puede aumentar la resistencia, pero también puede incrementar la tensión residual y alterar la respuesta al conformado. | Indique el estado o la condición y las propiedades mecánicas requeridas. |
| Módulo de elasticidad | Una rigidez inferior a la de algunos aceros puede influir en la deformación de las estructuras de precisión. | Utiliza la geometría de la sección y las propiedades medidas en el cálculo de diseño. |
| Conductividad térmica | Una conductividad relativamente baja puede provocar gradientes de temperatura y retrasar la estabilización. | Controla la velocidad de calentamiento y las hipótesis de calentamiento del instrumento. |
| Comportamiento magnético | Puede influir en los sensores, los actuadores, el blindaje y la respuesta dimensional cerca de la región de Curie. | Especifica los límites magnéticos o las pruebas cuando sea necesario desde el punto de vista funcional. |
| Corrosión atmosférica | Ninguno de estos grados es una aleación inoxidable ni una aleación anticorrosiva con alto contenido en níquel; pueden aparecer óxido y manchas. | Define los conceptos de recubrimiento, galvanizado, engrasado, pasivación, embalaje o protección medioambiental. |
No se debe optar ni por el Invar 36 ni por el Invar 42 para un entorno químicamente agresivo únicamente por el hecho de que contengan níquel. Su contenido en níquel está pensado para controlar la dilatación, no para ofrecer la amplia resistencia a la corrosión que caracterizan a las familias de materiales Inconel, Hastelloy o Monel. La humedad, la sal, los ácidos, los productos químicos de limpieza, la porosidad del recubrimiento, el contacto galvánico y la condensación requieren un análisis por separado.
Normas y especificaciones: no realices pedidos basándote únicamente en el nombre comercial
Las aleaciones de expansión controlada aparecen en la norma ASTM B753, en las especificaciones de aleaciones de sellado de la serie F de la ASTM, en especificaciones aeroespaciales, en normas nacionales, en especificaciones de los fabricantes y en los planos de los clientes. El Invar 36 también puede aparecer referenciado en la norma ASTM F1684 o bajo una designación UNS específica para determinadas formas del producto. El alambre de la aleación 42 o los productos de sellado pueden regirse por la norma ASTM F29 u otro documento específico para cada aplicación. La referencia correcta depende de la forma y del uso previsto.
| Artículo del pedido | Por qué debe ser explícito |
|---|---|
| Nombre de la aleación y UNS/referencia | Evita la sustitución entre los materiales 36%, 42%, de tipo Kovar y los materiales genéricos de Fe-Ni. |
| Forma del producto | Las chapas, las láminas, las tiras, las barras, las varillas, los alambres, los tubos y las piezas forjadas pueden cumplir con diferentes normas y presentar distintas propiedades. |
| Norma y revisión | Define la composición química, las dimensiones, los ensayos, el estado y la certificación. |
| Requisito de expansión térmica | Convierte el objetivo de diseño en un criterio de aceptación cuantificable. |
| Tratamiento térmico y templado | Controla la trabajabilidad, la tensión residual, la resistencia y la estabilidad dimensional. |
| Superficie y protección | Sirve para el recubrimiento, el sellado, la soldadura, el mecanizado, el almacenamiento y el control de la corrosión. |
Cuando un plano antiguo haga referencia a una especificación obsoleta, el comprador no debe sustituirla sin más. La autoridad técnica debe comparar la composición química, los límites de dilatación, los requisitos mecánicos, las dimensiones, los ensayos y el estado del producto antes de aprobar un equivalente.
Tratamiento térmico, conformado en frío y estabilidad dimensional
El trabajo en frío genera tensiones residuales. El mecanizado elimina material de forma asimétrica. La soldadura genera calor y contracción localizados. El enderezado y el conformado redistribuyen las tensiones. En un componente estructural normal, estos efectos pueden ser controlables, pero en un componente de Invar de precisión pueden convertirse en la causa principal de la deriva o la distorsión.
Los componentes de Invar 36 destinados a ofrecer una alta estabilidad dimensional pueden someterse a una secuencia controlada de mecanizado en bruto, tratamiento de solubilización o estabilización, envejecimiento, mecanizado intermedio y acabado final. El ciclo exacto depende del tamaño de la sección, las especificaciones, el equipo y la estabilidad requerida. La aplicación de una receta genérica de tratamiento térmico en línea sin un control de proceso adecuado puede provocar la formación de incrustaciones, descarburación, deformación, crecimiento del grano o propiedades que no cumplan los requisitos de compra.
La banda de aleación 42 para estampado puede suministrarse en un estado de temple seleccionado para el corte, el conformado o la respuesta elástica. El alambre de sellado puede requerir un estado de recocido específico y un tratamiento químico superficial concreto. Un tratamiento térmico adecuado para una montura óptica no es necesariamente adecuado para un sellado de cristal o una montura de plomo.
Mecanizado, conformado, soldadura y preparación de superficies
Mecanizado
Ambas aleaciones se pueden mecanizar, pero pueden endurecerse por deformación y generar virutas largas y resistentes. Es importante contar con fijaciones rígidas, herramientas afiladas, una acción de corte positiva, una velocidad controlada, un avance adecuado y una gestión eficaz del refrigerante. Las piezas de Invar de precisión deben dejar un material en bruto equilibrado y seguir una secuencia de mecanizado que minimice la deformación.
Conformado y estampado
Las bandas y chapas recocidas pueden someterse a procesos de conformado, trefilado, corte o estampado. El espacio libre de la herramienta, la dirección de las rebabas, la orientación del grano, la dureza, los lubricantes y el recocido intermedio deben adaptarse a la pieza. En el caso de las bandas para aplicaciones electrónicas, la calidad de los bordes y la uniformidad de la bobina pueden ser tan importantes como la composición química nominal.
Soldadura y soldadura fuerte
Se pueden utilizar métodos de soldadura convencionales siempre que se sigan procedimientos homologados. Es necesario controlar el aporte de calor y la sujeción, ya que la deformación puede anular la razón por la que se ha elegido una aleación de baja dilatación. En el caso de los ensamblajes soldados con soldadura fuerte o sellados, el metal de aportación, el recubrimiento, la preparación del óxido, el juego de la unión, el ciclo térmico y la tensión residual requieren una homologación específica para cada aplicación.
Recubrimiento y limpieza
Se pueden especificar recubrimientos de níquel, cobre, oro, estaño u otros materiales para aplicaciones electrónicas, de sellado, de protección contra la corrosión, de soldabilidad o de rendimiento de contacto. Deben indicarse la superficie del sustrato, los productos químicos de limpieza, la activación, el espesor del recubrimiento, la adhesión, la porosidad y los requisitos posteriores al horneado. Un certificado del fabricante no garantiza la idoneidad del recubrimiento.
Inspección y pruebas para una compra justificada
| Prueba | Qué hay que comprobar | Lo que establece |
|---|---|---|
| Certificado de ensayo de fábrica | Número de lote, calidad, especificaciones, composición química, estado, resultados mecánicos, dimensiones, cantidad. | Relaciona el material entregado con los requisitos documentados del producto. |
| Informe sobre la expansión térmica | Método de ensayo, orientación de la probeta, intervalo de temperatura, condiciones, curva de medición o valores medios. | Confirma la propiedad que determina la elección de la aleación. |
| PMI o verificación química | Nivel de níquel y otros elementos detectables con la periodicidad acordada. | Reduce el riesgo de mezcla de granulometrías, pero no sustituye a los ensayos químicos completos ni a los de expansión. |
| Informe dimensional | Espesor, anchura, longitud, diámetro, rectitud, planitud, curvatura, dimensiones de bobinas o piezas cortadas. | Confirma la geometría utilizable antes del mecanizado o el estampado. |
| Informe visual y de superficie | Incrustaciones, óxido, arañazos, solapamientos, juntas, picaduras, defectos en los bordes, estado listo para el recubrimiento. | Protege el rendimiento de fabricación y sellado. |
| Registro de trazabilidad | Marcas causadas por el calor y marcas específicas de los artículos que se transfieren durante los procesos de corte, mecanizado, estampado y embalaje. | Conserva el conjunto de pruebas en las piezas acabadas. |
En el caso de un requisito de expansión crítico, acuerde con antelación si los ensayos se realizarán sobre el calor, el producto, la pieza acabada o una muestra de referencia. El laboratorio de ensayos debe utilizar el mismo intervalo de temperatura y la misma convención de presentación de informes que se hayan empleado en el diseño. De lo contrario, es posible que dos informes técnicamente correctos no sean comparables.
Por qué pueden variar los presupuestos del Invar 36 y el Invar 42
El precio depende del valor de mercado del níquel, el proceso de fundición, el control químico, la cantidad del pedido, la forma del producto, el ancho o diámetro, el estado de dureza, el acabado superficial, la tolerancia dimensional, los ensayos de expansión, el enderezado, el tratamiento térmico, el corte, el recubrimiento, la inspección, el embalaje y el destino. Un grado con menor contenido en níquel no es automáticamente más barato cuando el grado con mayor contenido en níquel está disponible en stock en la forma requerida.
Las pequeñas cantidades de fleje fino de precisión, alambre fino, barra rectificada, chapa ancha, material con temple especial o material de baja dilatación sometido a ensayo pueden suponer un elevado coste de conversión. Una fundición a medida puede conllevar unos requisitos mínimos de pedido muy superiores al peso de la pieza acabada. Los compradores deben comparar el coste del material utilizable que cumpla con los requisitos, y no solo el precio por kilogramo.
En el caso de los proyectos internacionales, la validez de los presupuestos debe tener en cuenta la evolución del precio del níquel y la programación de la producción. La formulación de las condiciones de entrega debe distinguir entre la finalización de la entrega en fábrica, la salida del puerto y la llegada a las instalaciones del comprador.
Secuencia de selección de un comprador y un ingeniero
- Defina la función de montaje: movimiento absoluto mínimo, expansión adaptada, accionamiento térmico, contracción criogénica u otro requisito.
- Registra el historial completo de temperaturas, incluyendo las fases de fabricación, sellado, pruebas, transporte, funcionamiento, limpieza y parada.
- Identifica cada material ensamblado y obtén su curva de expansión, no solo un único valor a temperatura ambiente.
- Selecciona la aleación y la forma del producto, y a continuación indica la norma y las condiciones aplicables.
- Convertir las prestaciones en límites cuantificables en cuanto a expansión, dimensiones, propiedades mecánicas, comportamiento magnético y estado de la superficie.
- Revisión del proceso de fabricación: corte, mecanizado, conformado, soldadura, soldadura fuerte, recubrimiento, estabilización, limpieza e inspección final.
- Envía las mismas condiciones de solicitud de presupuesto a todos los proveedores y exige que se indiquen todas las desviaciones antes de aceptar el pedido.
- Compara el certificado, los informes de ensayo, las marcas físicas y las dimensiones antes de que el material entre en producción.
Esta secuencia mantiene la relación entre el nombre de la aleación y su finalidad técnica. Además, crea un registro que puede consultarse cuando se vuelva a adquirir la misma pieza.
Revisión final de la solicitud de presupuesto para Invar 36 o Invar 42
- Material: Invar 36 / Aleación 36 / FeNi36 o Invar 42 / Aleación 42 / FeNi42
- UNS, EN, DIN, aeroespacial, ASTM o especificaciones y revisiones del cliente
- Forma del producto: placa, lámina, tira, bobina, barra, varilla, alambre, tubo, pieza forjada o pieza en bruto mecanizada
- Dimensiones: espesor, anchura, longitud, diámetro, espesor de pared, peso de la bobina, rectitud, planitud, curvatura y tolerancias
- Cantidad: unidades, metros, bobinas, kilogramos, margen de producción y repuestos necesarios
- Estado: recocido, forjado en frío, templado, estabilizado, rectificado, decapado, pulido, chapado u otro estado especificado
- Aplicación y objetivo de diseño: expansión mínima o expansión coordinada
- Intervalo de temperatura y ciclo térmico utilizados para la aceptación de la expansión
- Sistema de acoplamiento de vidrio, cerámica, materiales compuestos, metal, semiconductores, recubrimientos o revestimientos
- Pruebas obligatorias de química, mecánicas, de expansión, magnéticas, de fugas, de recubrimiento o especiales
- Tipo de certificado, alcance del PMI, inspección por terceros, trazabilidad y marcado
- Corte, margen de mecanizado, estado de los bordes, embalaje, prevención de la oxidación y marcas de exportación
- Destino, Incoterm, fecha de llegada requerida, validez del presupuesto y norma de desviación
En el caso de un proyecto de sellado, adjunte el plano de la junta y los datos del vidrio o la cerámica. En el caso de una estructura de precisión, adjunte el margen de error dimensional y los requisitos de estabilización. En el caso de un molde compuesto, incluya el ciclo de curado, las dimensiones del molde, el concepto de soldadura y los requisitos de precisión final.
Preguntas frecuentes
¿Es el Invar 42 mejor que el Invar 36?
Ninguno de los dos es mejor en todos los casos. El Invar 36 suele ser más adecuado cuando el objetivo principal es minimizar la variación dimensional. El Invar 42 suele ser más adecuado cuando se requiere una expansión controlada que se adapte a determinados materiales de vidrio, cerámica, encapsulados electrónicos o materiales adyacentes.
¿Qué aleación tiene el coeficiente de expansión térmica más bajo?
El Invar 36 presenta una expansión menor a temperaturas ambiente normales y dentro de su rango de baja expansión homologado. El valor exacto depende de la composición química, el proceso de fabricación, el estado y el intervalo de temperaturas indicado en el ensayo.
¿Puede el Invar 36 sustituir a la aleación 42 en un sellado vidrio-metal?
No sin la aprobación técnica y la homologación de la junta. Una menor dilatación no implica automáticamente mayor seguridad. La falta de coincidencia puede aumentar la tensión en el vidrio durante el sellado y el enfriamiento. Es necesario revisar la composición del vidrio, su geometría, el ciclo térmico, el óxido, el recubrimiento y los requisitos de estanqueidad.
¿Puede la aleación 42 sustituir al Invar 36 en un banco óptico?
Solo si el desplazamiento térmico mayor se mantiene dentro de los límites de error óptico y dimensional. Una sustitución directa podría reducir la estabilidad, ya que la aleación 42 suele expandirse varias veces más que el Invar 36 en los rangos de temperatura ambiente.
¿Son resistentes a la corrosión el Invar 36 y el Invar 42?
Ofrecen un comportamiento útil frente a la atmósfera en condiciones controladas, pero no deben considerarse aleaciones inoxidables ni aleaciones resistentes a la corrosión con alto contenido en níquel. La humedad, la sal, los ácidos, los productos químicos de limpieza y el contacto galvánico requieren recubrimientos, galvanizados, embalajes o un material diferente, según corresponda.
¿Qué norma debería especificarse?
La respuesta depende de la forma del producto y de su aplicación. Pueden ser de aplicación las normas ASTM B753, ASTM F1684 y ASTM F29, así como las especificaciones aeroespaciales, las normas nacionales, las especificaciones del fabricante y los planos del cliente. Indique el documento y la revisión exactos, en lugar de realizar el pedido únicamente por el nombre comercial.
¿Demuestra un certificado de fábrica la estabilidad dimensional?
Solo si el certificado incluye las pruebas de expansión o estabilización requeridas. Los resultados estándar de análisis químicos y ensayos de tracción no demuestran automáticamente la curva de expansión térmica, el estado de tensiones residuales ni la estabilidad dimensional a largo plazo que exige un diseño de precisión.
¿Qué información es la más importante para una solicitud de presupuesto de juntas de aleación 42?
Indique el tipo exacto de vidrio o cerámica, el plano de sellado, si se trata de una construcción lisa o revestida de cobre, las dimensiones, el acabado de la superficie o el recubrimiento, el ciclo térmico, las pruebas de estanqueidad y de tracción, los requisitos de dilatación, la cantidad, el alcance de la inspección y el destino de la entrega.
¿Qué información es la más importante para una solicitud de presupuesto de herramientas de Invar 36?
Indique las especificaciones del material, las dimensiones de las chapas o barras, el plano de soldadura o mecanizado, el ciclo de temperatura de curado o de funcionamiento, la precisión final, la secuencia de tratamiento térmico o estabilización, los puntos de inspección, la trazabilidad y la fecha de entrega requerida.
Decisión definitiva sobre la adquisición de Invar 36 frente a Invar 42
La diferencia más importante entre el Invar 36 y el Invar 42 en cuanto a sus aplicaciones radica en la estrategia de diseño. El Invar 36 minimiza la variación dimensional absoluta. El Invar 42 ofrece una curva de expansión mayor y controlada que puede adaptarse a determinados tipos de vidrio, cerámica, encapsulados electrónicos o materiales de unión. La elección entre ambos requiere tener en cuenta el rango de temperaturas completo, los materiales de acoplamiento, el estado del producto y el proceso de fabricación.
Una compra justificada tiene en cuenta la identidad de la aleación, las especificaciones, la forma del producto, los requisitos de expansión térmica, las dimensiones, el tratamiento térmico, la fabricación, la inspección, la trazabilidad y las condiciones comerciales. Asimismo, establece las circunstancias que darían lugar a una nueva revisión del material.
28Nickel suministra chapas, láminas, tiras, barras, varillas, alambre, tubos y materias primas específicas para proyectos, fabricados con aleaciones de expansión controlada, destinados a la industria manufacturera internacional. Envíenos la calidad, las dimensiones, la cantidad, la aplicación, el rango de temperaturas, el material de acoplamiento, los requisitos de ensayo, el destino y el calendario para su revisión técnica y comercial.