Adattamento, infatti, quasi tutti i solidi e i liquidi si espandono aumentando la temperatura e si contraggono abbassando la temperatura, fenomeno noto anche come espansione termica. Il fenomeno della dilatazione termica si verifica perché gli atomi di un materiale diventano più vigorosi a temperature più elevate. Gli atomi diventano più vigorosi quanto più si separano gli uni dagli altri, aumentando così lo spazio tra ciascun atomo, e quanto minore è la loro densità collettiva, aumentando le dimensioni della materia. A prima vista, tutti gli altri materiali obbediscono più o meno ai cambiamenti termici. Ma una o due eccezioni sono il metallo in polvere noto come Invar.
La lega Invar, chiamata anche lega a bassa espansione o acciaio Yin, è una lega composta da ferro (Fe) e nichel (Ni) ed è anche nota come lega metallica magnetica. Ha una composizione del 36% e del 64% con Ni e Fe, rispettivamente, ad una temperatura di 1150 gradi s in una struttura cubica centrata sulla faccia-. La lega invar è molto importante strutturalmente, che è la sua più grande caratteristica, che include un coefficiente di dilatazione termica estremamente basso, bassa dilatazione termica, elevata tenacità, elevata riduzione dell'area, duttilità e ragionevole plasticità.
Quando miscelati termicamente, ferro e nichel mantengono individualmente un'espansione termica positiva, ma se combinati in rapporti interni specifici, formano un materiale che, in un ampio intervallo di temperatura e pressione, mostra un'espansione termica prossima allo zero. Questo è il cosiddetto-effetto Invar. Le leghe Invar sono particolarmente utili in applicazioni che richiedono estrema precisione, ad esempio nella produzione di orologi e telescopi. Queste applicazioni sono il risultato diretto dell'effetto Invar. Nel 1896, il fisico e metallurgista svizzero Charles Edouard Guillaume scoprì l'espansione del CET di una lega Fe-Ni e concluse che raggiungeva un minimo quando la frazione di massa del Ni era circa del 36%. Successivamente gli fu assegnato il Premio Nobel per la fisica nel 1920 per la scoperta della lega Invar e per lo sviluppo di misurazioni di precisione da essa, diventando così il primo metallurgista a ricevere il Premio Nobel nella storia.
Le leghe Invar vengono applicate in numerosi settori perché, a differenza della maggior parte dei materiali, hanno un'estrema dilatazione termica. Questo è il risultato del loro CTE estremamente basso. Questo comportamento si può spiegare così: all'aumentare della temperatura della lega nel liquido magnetico, il magnetismo precedentemente presente scompare gradualmente. Pertanto, prevale l’equilibrio tra contrazione ed espansione.
Attualmente, le leghe Invar tradizionali vengono prodotte sotto forma di fusione, laminazione, lavorazione meccanica e incisione. Inoltre, anche la produzione di leghe Invar, utilizzate in applicazioni specializzate, pone una serie di elevate sfide tecniche. Le leghe Invar non sono solo difficili da creare ma anche difficili da lavorare. Le leghe Invar, ad esempio, non possono subire alcuna forma di trattamento termico. La bassa durezza, l'elevata tenacità e la plasticità aumentano notevolmente la difficoltà di taglio. Il processo di taglio, in particolare, richiede molta energia meccanica oltre a generare una quantità insostenibile di calore oltre all'eccessiva usura degli utensili. Soddisfare lo standard di lavorazione di pezzi ad alta-precisione richiede una quantità straordinaria di esigenze di processo e strumenti ad alte-prestazioni.
I dati mostrano che le leghe Invar sono impiegate nella produzione di una gamma di strumenti, elettronica e prodotti di comunicazione come dispositivi ottici, microscopi, tubi catodici, scale di lunghezza, cavità risonanti, guide d'onda, generatori di frequenza standard, giroscopi, orologi, condensatori, nuclei di cavi, tubi elettronici, termocoppie e maschere metalliche. Il loro utilizzo si estende al settore aerospaziale, dove vengono utilizzati nei satelliti, nei sensori remoti spaziali e nei telescopi astronomici. Oltre ai già citati campi della strumentazione, dell'elettronica e delle comunicazioni, sono presenti leghe Invar in stampi ad alta precisione, serbatoi di stoccaggio di GNL per navi, condotte di trasporto di GNL e idrogeno liquido/ossigeno liquido co.
