Invar – Tableau des matériaux – Applications – Prix

À propos d’Invar

L’invar est un alliage de nickel et de fer. Cet alliage est également connu sous le nom générique de FeNi36 (64FeNi aux États-Unis). L’Invar se distingue par son coefficient de dilatation thermique particulièrement bas (CTE ou α). Le nom Invar vient du mot invariable, faisant référence à son manque relatif d’expansion ou de contraction avec les changements de température. Invar a un coefficient de dilatation thermique proche de zéro, ce qui le rend utile dans la construction d’instruments de précision dont les dimensions doivent rester constantes malgré les variations de température. La découverte de l’alliage a été faite en 1896 par le physicien suisse Charles Édouard Guillaume pour lequel il a reçu le prix Nobel de physique en 1920.

Résumé

Nom	Invar
Phase à STP	solide
Densité	8100kg/m3
Résistance à la traction ultime	445 MPa
Limite d’élasticité	280 MPa
Module d’élasticité de Young	135 GPa
Dureté Brinell	200 BHN
Point de fusion	1687 °C
Conductivité thermique	12W/mK
Capacité thermique	505 J/g·K
Prix	29 $/kg

Composition de l’invar

Invar, alliage de fer qui se dilate très peu lorsqu’il est chauffé ; il contient 64 % de fer et 36 % de nickel. 

Applications de l’Invar

Invar était autrefois utilisé pour les normes absolues de mesure de longueur et est maintenant utilisé pour les bandes d’arpentage et dans les montres et divers autres appareils sensibles à la température. Invar est utilisé là où une stabilité dimensionnelle élevée est requise, comme les instruments de précision, les horloges, les jauges de fluage sismique, les cadres de masque d’ombre de télévision, les soupapes dans les moteurs et les grands moules d’aérostructure. 

Propriétés mécaniques de l’Invar

Force de l’invar

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine.

La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique. Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence. En cas de contrainte de traction d’une barre uniforme (courbe contrainte-déformation), la  loi de Hooke décrit le comportement d’une barre dans la région élastique. Le module d’élasticité de Youngest le module d’élasticité pour les contraintes de traction et de compression dans le régime d’élasticité linéaire d’une déformation uniaxiale et est généralement évalué par des essais de traction.

Voir aussi : Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime de l’Invar

La résistance à la traction ultime de l’Invar est de 445 MPa.

Limite d’élasticité de l’Invar

La limite d’élasticité de l’Invar  est de 280 MPa.

Module d’élasticité de l’Invar

Le module d’élasticité de Young de l’Invar est de 135 GPa.

Dureté de l’Invar

En science des matériaux, la  dureté  est la capacité à résister à  l’indentation de surface  ( déformation plastique localisée ) et  aux rayures . Le test de dureté Brinell  est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un  pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

L’  indice de dureté Brinell  (HB) est la charge divisée par la surface de l’indentation. Le diamètre de l’empreinte est mesuré avec un microscope à échelle superposée. Le nombre de dureté Brinell est calculé à partir de l’équation :

La dureté Brinell de l’Invar est d’environ 200 BHN (converti).

Voir aussi : Dureté des matériaux

Propriétés thermiques de l’invar

Invar – Point de fusion

Le point de fusion de l’Invar est de 1687 °C .

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard. En général, la  fusion  est un  changement de phase  d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le  point de fusion  d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le  point de fusion  définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre. Pour divers composés chimiques et alliages, il est difficile de définir le point de fusion, car il s’agit généralement d’un mélange de divers éléments chimiques.

Invar – Conductivité thermique

La conductivité thermique de l’Invar est de 12 W/(m·K) .

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la  conductivité thermique , k (ou λ), mesurée en  W/mK . C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par  conduction . Notez que  la loi de Fourier  s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

La  conductivité thermique  de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend aussi de la pression. En général:

La plupart des matériaux sont presque homogènes, nous pouvons donc généralement écrire  k = k (T) . Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = k.

Invar – Chaleur spécifique

La chaleur spécifique de l’Invar est de 505  J/g K .

La chaleur spécifique, ou capacité thermique spécifique,  est une propriété liée à l’énergie interne  très importante en thermodynamique. Les  propriétés intensives  c _v  et  c _p  sont définies pour des substances compressibles pures et simples comme des dérivées partielles de l’  énergie interne  u(T, v)  et de  l’ enthalpie  h(T, p) , respectivement : 

où les indices  v  et  p  désignent les variables maintenues fixes lors de la différenciation. Les propriétés  c _v  et  c _p  sont appelées  chaleurs spécifiques  (ou  capacités calorifiques ) car, dans certaines conditions particulières, elles relient le changement de température d’un système à la quantité d’énergie ajoutée par transfert de chaleur. Leurs unités SI sont  J/kg K  ou  J/mol K .

Propriétés et prix des autres matériaux

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