恒彈性合金

constant elastic alloys

　　在一定溫度范圍內彈性模量幾乎不隨溫度變化的彈性合金，又稱為艾林瓦(Elinvar)型合金。Elinvar為法文élastictéinvariable的縮寫，是“彈性不變”的意思。表征彈性隨溫度變化的物理量有彈性模量溫度系數、切變模量溫度系數等。通常金屬的彈性模量溫度系數約為-10^-4℃^-1，而恒彈性合金的彈性模量溫度系數約為±10^-5～±10^-7℃^-1（見金屬力學性能的表征）。
　　法國吉堯姆(C.E.Guillaume)系統地研究了Fe-Ni合金的熱彈性，于1919年獲得了成分為36Ni-12Cr-Fe的恒彈性合金，命名為Elinvar。以后，為了改善這種合金的力學性能，添加了不同的元素，制成各種牌號的鐵鎳基鐵磁恒彈性合金（幾種典型產品的成分和性能見表）。1940年日本增本量進一步制成Co-Cr-Fe系鐵磁性恒彈性合金，如60Co-10Cr-Fe和 28Co-10Cr-23Ni-Fe。為了適應在磁場下工作的要求，60年代后，出現許多無磁性恒彈性合金，一種是逆鐵磁性恒彈性合金（Fe-Mn、Mn-Ni、Mn-Cu系等），另一種是順磁性恒彈性合金（Nb-Zr、Nb-Ti系等）。70年代以后，隨著非晶態金屬材料的發展，出現了一些非晶態恒彈性合金（如Fe-B、Fe-Si-B、Fe-Zr、Ni-Si-B系等）。這些合金除了具有恒彈性外，還具有熱膨脹系數小、聲衰小、強度高、硬度高、機電耦合系數大等優點（見非晶態精密合金。中國于50年代開始研究恒彈性合金；主要生產鐵鎳基鐵磁性恒彈性合金。恒彈性合金有 Fe-Ni、Co-Fe、Fe-Mn、Mn-Cu、Mn-Ni、Nb-Zr、Nb-Ti系等。恒彈性合金主要用作彈性敏感元件（如壓力傳感器膜片、精密彈簧等），頻率元件（如機械濾波器振子、鐘表游絲等）、延遲線等。

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　彈性模量表征原子間結合力的大小。普通金屬由于原子間結合力隨溫度增加而減小，彈性模量亦隨溫度升高而減小，如圖中的AD曲線所示，這是正常彈性行為。在鐵磁性恒彈性合金中，存在很大的自發體積磁致伸縮而使彈性模量減小，這種現象稱ΔE效應。如果一種合金在居里溫度T_c以下，隨著溫度升高，合金的鐵磁性逐漸減弱ΔE效應隨之減小。如圖所示，AD曲線上的B₁、B₂、B₃將分別變到B姈、B娦、B婭，即可以獲得在某一溫度范圍內接近水平的彈性模量-溫度特性曲線，也就獲得了恒彈性。

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目前大量使用的恒彈性合金，屬于沉淀強化的 Fe-Ni系鐵磁性恒彈性合金。這類合金的綜合性能良好，恒彈性和力學性能很容易通過以下方法予以調整：①添加合金元素。在合金中加入非鐵磁性元素，降低合金的磁性，減少合金的ΔE效應及改變ΔE效應與溫度的關系，從而改變合金的彈性模量溫度系數；在合金中加入強化元素促進相變析出過程，提高力學性能。②熱處理。通過高溫固溶和中溫回火，控制合金中析出相的數量和分布，改變合金基體中的鎳鐵濃度比，從而調整恒彈性和力學性能。③冷變形。使合金產生一定的織構和內應力，并促進相變析出過程，從而改變合金的恒彈性和力學性能。