Paduan invar adalah paduan khusus yang terutama terdiri dari besi dan nikel, yang paling menonjol ditandai dengan koefisien muai panasnya yang sangat rendah. Namanya "Invar" berasal dari kata bahasa Inggris "invariable", yang mencerminkan karakteristiknya yang hampir tidak menunjukkan pemuaian atau penyusutan dimensi terhadap perubahan suhu. Paduan invar terutama digunakan dalam instrumen presisi yang memerlukan stabilitas dimensi tinggi, komponen struktur ruang angkasa, peralatan optik, dan sistem penyimpanan gas cair.
Komponen Utama dan Struktur Paduan Invar
Komposisi kimia khas paduan Invar adalah sekitar 63% besi (Fe), sekitar 36% nikel (Ni), dan sisanya berupa karbon, silikon, mangan, dan elemen lainnya. Karakteristik ekspansi termal paduan yang rendah berasal dari susunan atom besi-nikel yang unik; ketika suhu meningkat, perubahan tatanan magnet internal paduan melawan efek ekspansi termal logam biasa.
Nilai paduan Invar yang umum meliputi: Invar 36, Invar 32-5, Super Invar, dan Kovar. Invar 36 (juga dikenal sebagai 4J36 atau UNS K93600) adalah model yang paling banyak digunakan.
Sifat Fisik Paduan Invar
1. Koefisien ekspansi termal yang sangat rendah: Dalam kisaran suhu 20℃ hingga 100℃, koefisien ekspansi linier rata-rata hanya sekitar 1,2 × 10⁻⁶/℃, jauh lebih rendah daripada baja karbon biasa (sekitar 12 × 10⁻⁶/℃).
2. Kepadatan: Sekitar 8,1 g/cm³.
3. Konduktivitas termal: Konduktivitas termal rendah, sekitar 10–14 W/(m·K).
4. Sifat magnetik: Paduan invar bersifat feromagnetik pada suhu kamar, kehilangan daya tariknya pada titik Curie sekitar 230℃.
5. Kekerasan: Kekerasan Brinell dalam keadaan anil umumnya 130–180 HB, yang dapat ditingkatkan melalui pengerjaan dingin atau perlakuan penuaan.
Keuntungan dan Aplikasi Paduan Invar
Keuntungan terbesar paduan Invar terletak pada stabilitas dimensinya yang sangat tinggi pada suhu yang bervariasi. Ia mempertahankan laju ekspansi yang sangat rendah pada rentang puluhan derajat di bawah nol hingga ratusan derajat Celcius, sehingga ideal untuk komponen struktural presisi dan lingkungan dengan suhu terkontrol.
Aplikasi utama meliputi:
— Pendukung sistem optik, dudukan lensa, basis interferometer;
— Peralatan luar angkasa, komponen struktur satelit, rumah giroskop presisi;
— Tangki penyimpanan gas cair (LNG) dan struktur pipa;
— Kemasan elektronik, timbangan instrumen, balok pengukur, dan alat ukur lainnya.
Kinerja Pemesinan Paduan Invar
Meskipun paduan Invar memiliki sifat mekanik yang relatif stabil, kemampuan mesinnya umumnya dianggap "sedikit sulit untuk dikerjakan". Alasan utamanya meliputi:
1. Kecenderungan pengerasan kerja yang signifikan;
2. Konduktivitas termal yang buruk, mengakibatkan panas pemotongan terkonsentrasi;
3. Rawan alat lengket dan aus.
Umumnya disarankan untuk menggunakan perkakas karbida tajam, kecepatan potong lebih rendah, dan cairan pendingin paksa. Ini memiliki kemampuan las yang baik, tetapi masukan panas harus dikontrol secara ketat untuk menghindari pengerasan struktur mikro.
Perbandingan Paduan Invar dengan Material Lain
Dibandingkan baja karbon biasa, paduan Invar memiliki koefisien muai panas hanya 1/10; dibandingkan dengan baja tahan karat, paduan Invar memiliki kekuatan yang sedikit lebih rendah tetapi stabilitas termal yang lebih baik; dibandingkan dengan paduan titanium, paduan Invar memiliki stabilitas dimensi yang unggul pada suhu rendah, sehingga tidak tergantikan dalam instrumen rekayasa kriogenik dan metrologi.
Kelas Khas Domestik dan Internasional
— Nilai Bahasa Mandarin: 4J36, 4J32-5, 4J38;
— Nomor UNS AS: K93600 (Invar 36), K93500 (Super Invar);
— Nilai DIN Jerman: 1,3912;
— AFNOR Perancis: FeNi36.
Paduan invar adalah tipikal "paduan presisi ekspansi rendah" yang banyak digunakan di bidang kedirgantaraan, optik, dan teknik kriogenik karena stabilitas termal dan kemampuan lasnya yang sangat baik. Meskipun sulit untuk diproses, stabilitas dimensinya hampir tidak tergantikan, menjadikannya salah satu bahan dasar penting dalam rekayasa presisi.
