August 21, 2025
인바(Invar)란 무엇인가? - 특성, 등급, 가공
첨단 엔지니어링 및 정밀 제조 분야에서 일부 재료는 독특하고 필수적인 특성으로 두각을 나타냅니다.인바(Invar)는 그러한 재료 중 하나로, 뛰어난 치수 안정성을 요구하는 응용 분야에서 없어서는 안 될 놀라운 니켈-철 합금입니다. 그 이름은 '불변의'라는 단어에서 파생되었으며, 가장 정의적인 특성인 매우 낮은 열팽창 계수를 완벽하게 요약합니다. 1896년 Charles-Édouard Guillaume에 의해 발견된 이 특성은 매우 중요하여 1920년 노벨 물리학상을 수상했습니다.
본질적으로 인바는 니켈-철 합금으로, 일반적으로 약 36%의 니켈과 나머지는 철로 구성됩니다. 이 특정 구성이 재료에 고유한 거동을 부여합니다. 대부분의 금속은 가열 시 팽창하고 냉각 시 수축하지만, 인바는 광범위한 온도 범위에서 크기 변화가 최소화됩니다. 열팽창 계수는 탄소강의 약 10분의 1로, 약간의 치수 변화만으로도 고장이나 부정확성을 초래할 수 있는 기기 및 부품에 이상적입니다.
열 안정성 외에도 인바는 다른 유용한 기계적 특성도 가지고 있습니다. 강하고, 질기며, 연성이 있어 복잡한 부품으로 성형하고 모양을 만들 수 있습니다. 실온에서 자성을 띠며 스테인리스강만큼 높지는 않지만 유용한 수준의 내식성을 가지고 있습니다. 이러한 낮은 열팽창과 강력한 기계적 특성의 조합은 까다로운 응용 분야에서 선택되는 재료가 되게 합니다.
'인바'는 일반적으로 사용되는 용어이지만, 인바 36이 가장 일반적인 합금군을 지칭합니다. 이 등급은 전형적인 저팽창 합금으로, 광범위한 응용 분야의 벤치마크 역할을 합니다. 인바 36 외에도, 특정 온도 범위에서 훨씬 낮은 열팽창 계수를 달성하기 위해 소량의 코발트를 포함하는 Super Invar 32-5와 같은 다른 등급 및 변형이 있습니다. 또한, 제조업체에게 중요한 고려 사항인 가공성을 향상시킨 인바 36의 변형인 '자유 절삭' 인바 등급도 있습니다.
인바의 응용 분야는 정밀도와 안정성이 가장 중요한 곳에서 발견됩니다. 항공 우주 분야에서는 온도 변동이 심한 위성 및 항공기 부품, 레이저 시스템, 광학 마운트에 사용됩니다. 과학 연구에서 인바는 실험실 저울, 시계의 진자, 극저온 장비와 같은 정밀 기기를 제작하는 데 필수적입니다. 또한 정밀 금형 및 공구, 온도 변화에도 무결성을 유지해야 하는 부품에 대한 소비자 전자 제품 제조에도 사용됩니다. 재료의 치수 안정성을 유지하는 능력은 이러한 첨단 분야에서 성공의 열쇠입니다.
인바 가공은 간단한 과정이 아닙니다. 특히 인성의 특성과 높은 가공 경화율은 CNC 가공 기술자에게 상당한 어려움을 제시합니다.
더 부드러운 금속과 달리 인바의 끈적한 특성은 절삭 공구 주변에 '새집'을 만들 수 있는 끈적하고 긴 칩을 생성하는 경향이 있습니다. 이는 가공 과정과 냉각수 흐름을 방해할 뿐만 아니라 공구 마모를 가속화합니다. 가공 기술자는 칩 브레이커를 사용하고 칩이 문제가 되지 않도록 양의 연속 이송 속도를 유지해야 합니다. 절삭을 멈추거나 일시 중지하는 것은 금지 사항입니다. 재료 표면이 벌크보다 더 단단해져 후속 절삭이 극도로 어려워지고 공구 파손의 위험이 있는 가공 경화로 이어질 수 있습니다.
높은 가공 경화율은 아마도 가장 중요한 과제일 것입니다. 절삭 공구가 재료에 관여하는 순간, 그 앞의 표면이 빠르게 경화되어 단단하고 저항성 있는 층을 생성합니다. 이를 위해서는 가공 기술자가 날카롭고 견고한 공구를 사용하고 각 패스에서 이 경화된 층 아래로 들어가기 위해 적절한 절삭 속도와 이송 속도를 선택해야 합니다. 탄화물 또는 세라믹 공구를 사용하는 것은 열과 마모를 처리하는 데 종종 필요하며, 공정 중에 발생하는 열을 관리하기 위해 충분한 냉각수 또는 윤활제가 필수적입니다.
마지막으로, 가공은 재료에 내부 응력을 유발하여 열팽창 특성을 미묘하게 변경할 수 있습니다. 가장 까다로운 응용 분야의 경우, 완성된 부품이 최적의 치수 안정성을 유지하도록 스트레스 완화 어닐링과 같은 가공 후 열처리가 필요할 수 있습니다.
