恒弹性合金

[拼音]：hengtanxing hejin

[外文]：constant elastic alloys

在一定温度范围内弹性模量几乎不随温度变化的弹性合金，又称为艾林瓦(Elinvar)型合金。Elinvar为法文élastictéinvariable的缩写，是“弹性不变”的意思。表征弹性随温度变化的物理量有弹性模量温度系数、切变模量温度系数等。通常金属的弹性模量温度系数约为-10^-4℃^-1，而恒弹性合金的弹性模量温度系数约为±10^-5～±10^-7℃^-1（见金属力学性能的表征）。

法国吉尧姆(C.E.Guillaume)系统地研究了Fe-Ni合金的热弹性，于1919年获得了成分为36Ni-12Cr-Fe的恒弹性合金，命名为Elinvar。以后，为了改善这种合金的力学性能，添加了不同的元素，制成各种牌号的铁镍基铁磁恒弹性合金（几种典型产品的成分和性能见表）。1940年日本增本量进一步制成Co-Cr-Fe系铁磁性恒弹性合金，如60Co-10Cr-Fe和 28Co-10Cr-23Ni-Fe。为了适应在磁场下工作的要求，60年代后，出现许多无磁性恒弹性合金，一种是逆铁磁性恒弹性合金（Fe-Mn、Mn-Ni、Mn-Cu系等），另一种是顺磁性恒弹性合金（Nb-Zr、Nb-Ti系等）。70年代以后，随着非晶态金属材料的发展，出现了一些非晶态恒弹性合金（如Fe-B、Fe-Si-B、Fe-Zr、Ni-Si-B系等）。这些合金除了具有恒弹性外，还具有热膨胀系数小、声衰小、强度高、硬度高、机电耦合系数大等优点（见非晶态精密合金。中国于50年代开始研究恒弹性合金；主要生产铁镍基铁磁性恒弹性合金。恒弹性合金有 Fe-Ni、Co-Fe、Fe-Mn、Mn-Cu、Mn-Ni、Nb-Zr、Nb-Ti系等。恒弹性合金主要用作弹性敏感元件（如压力传感器膜片、精密弹簧等），频率元件（如机械滤波器振子、钟表游丝等）、延迟线等。

弹性模量表征原子间结合力的大小。普通金属由于原子间结合力随温度增加而减小，弹性模量亦随温度升高而减小，如图中的AD曲线所示，这是正常弹性行为。在铁磁性恒弹性合金中，存在很大的自发体积磁致伸缩而使弹性模量减小，这种现象称ΔE效应。如果一种合金在居里温度T_c以下，随着温度升高，合金的铁磁性逐渐减弱ΔE效应随之减小。如图所示，AD曲线上的B₁、B₂、B₃将分别变到B姈、B娦、B婭，即可以获得在某一温度范围内接近水平的弹性模量-温度特性曲线，也就获得了恒弹性。

目前大量使用的恒弹性合金，属于沉淀强化的 Fe-Ni系铁磁性恒弹性合金。这类合金的综合性能良好，恒弹性和力学性能很容易通过以下方法予以调整：

（1）添加合金元素。在合金中加入非铁磁性元素，降低合金的磁性，减少合金的ΔE效应及改变ΔE效应与温度的关系，从而改变合金的弹性模量温度系数；在合金中加入强化元素促进相变析出过程，提高力学性能。

（2）热处理。通过高温固溶和中温回火，控制合金中析出相的数量和分布，改变合金基体中的镍铁浓度比，从而调整恒弹性和力学性能。

（3）冷变形。使合金产生一定的织构和内应力，并促进相变析出过程，从而改变合金的恒弹性和力学性能。

参考书目

1. C.E.Guillaume，Recherches Metrologiques Sur Les Aciers au Nickel， Paris， 1927.(Dunod):Trav Mém Bureau International Poids Mesures，1927.
2. Gustav KrügerMetallurgical Reviews，Vol.8，No.32，pp.448～459，1963.
3. 齋藤：《応用金属学大系》，9，電磁材料，p.360，誠文堂新光社，東京，1965。