CH294397A - Verfahren zur Herstellung einer Triebfeder für Uhren sowie nach diesem Verfahren erhaltene Triebfeder. - Google Patents

Description

  Verfahren     zur        Herstellung    einer Triebfeder für     Uhren    sowie nach diesem Verfahren  erhaltene Triebfeder.    Die Metallkristalle sind     bekannterweise    in  bezug auf ihre elastischen Eigenschaften     ani-          sotrop.    So hat z. B. der     Elastizitätsmadul    in:  kubischen Kristallgitter ein ausgeprägtes Ma  ximum in der Richtung der Würfeldiagonale,  hingegen ein Minimum in Richtung der Wür  felkante.    Durch eine Reihe von Publikationen (u. a..

    Zeitschrift für Metallkunde, Band 41 [1950<B>]</B>,  Heft 2, Seite 45) ist     bestätigt    worden,     da.ss     sowohl für kubisch     raumzentriertes    Material  als auch für kubisch     flächenzentriertes    Mate  rial der     Elastizitätsmodul    sowie die übrigen  elastischen Eigenschaften und Festigkeits  werte starke     4nisotropie    aufweisen und so  wohl im     kubiseh    raumzentrierten Gitter als  auch im kubisch     flächenzentrierten    Gitter bei  spielsweise der Maximalwert des Elastizitäts  moduls vorzugsweise in Richtung der Würfel  diagonalen liegt.

   In der deutschen Patent  schrift     Nr.833056    wird ein Verfahren zur  Herstellung von Federn aus Stählen und  metallischen Werkstoffen     anisotroper    Be  schaffenheit, die     aus    gewalzten Blechen in  der Richtung der     besten    elastischen Eigen  schaften     ausgeschnitten    werden, beschrieben.  



  Durch eine Reihe systematischer Versuche  ist es nun gelungen, beispielsweise die Rich  tung der Würfeldiagonale durch ein geeig  netes     Kaltstreckverfahren,    vorwiegend par  allel zur Walzrichtung zu legen, wobei sich  eine wesentliche Steigerung des Elastizitäts-         moduls    von 10 bis 30 % in der Längsrichtung  der so hergestellten Federbänder ergab.  



       Gegenstand    der vorliegenden     Erfindung     ist somit ein     Verfahren    zur Herstellung einer  Triebfeder für Uhren, gemäss welchem eine  Legierung, welche ein kubisches Kristallgit  ter aufweist, in Drahtform homogenisiert und  abgeschreckt, hierauf kalt heruntergezogen  und kalt zum Federband gewalzt wird, wobei  das Verhältnis der     Querschnittaverminderung     beim Ziehen des Drahtes zur     Querschnittsver-          nninderung    durch das     Flaehwalzen    des Drah  tes so     abgestimmt    wird,

   dass sich die Rich  tung des Höchstwertes des     Elastizitätsmoduls          vorwiegend.    parallel zur Walzrichtung des  Bandes orientiert, worauf bei Temperaturen  von 200 bis 600  C nachbehandelt wird, um  einen     Elastizitätsmodul    von mindestens  21000     kg/mm2    zu erreichen. Unter Legierun  gen mit kubischem Kristallgitter sind solche  zu verstehen, welche kubisch flächenzentrierte  oder kubisch raumzentrierte Kristallgitter  aufweisen. Es hat sich ferner gezeigt, dass     es:     zweckdienlich ist, den Draht. derart kalt. her  unterzuziehen und kalt zu walzen, dass eine  totale     Querschnittsverminderung    von minde  stens 80 % erfolgt.  



  Ferner betrifft die Erfindung solche  Triebfedern für Uhren, welche nach .dem er  findungsgemässen Verfahren erhalten werden.  



  Derartige Triebfedern werden vorzugs  weise     aus    Legierungen bestehen, welche min  destens ein Element aus der 4. Reihe der      B. Gruppe des periodischen Systems     und    min  destens     ein    Element aus der Gruppe     6.a        ,des     periodischen Systems mit einem Atomgewicht  -von 52 bis 184 enthalten.  



  Besonders geeignet für diesen Zweck sind       vergütbare        Legierungen,    die in der Haupt  sache     aus    Eisen, aus Eisen und Nickel oder  aus Eisen, Nickel und Chrom bestehen; da  neben können solche Legierungen noch Wolf  ram und/oder     Alolybdän    sowie kleine Men  gen an eine Aushärtung bewirkenden Elemen  ten, wie z. B. Beryllium, Titan,     Niob,    Kohlen  stoff usw., die einzeln oder wahlweise kombi  niert vorhanden sein können, enthalten.  



  Die Zusammensetzung solcher Legierun  gen kann selbstverständlich in weiten Grenzen  schwanken, wobei sich aus derartigen Legie  rungen Triebfedern für Uhren herstellen las  sen, die einen erhöhten     Elastizitätsmodul    auf  weisen und sich somit     besser    eignen als die  bis jetzt im Handel befindlichen Triebfedern.  



  Weiterhin konnte festgestellt werden, dass  aus kubisch kristallisierenden Legierungen ge  mäss Erfindung hergestellte Triebfedern bei  der röntgenographischen     Texturbestimmung     eine ausgesprochene Häufung der 110- oder       111-Richtung,    das heisst eine Orientierung  der 110- oder     111-Richtung    parallel zur     Walz-          richtung,    zeigen, wogegen dies bei den bis  anhin     hergestellten    Federn gleicher Legie  rungskompositionen nicht der Fall war.

   Über  ries gelingt es, Triebfedern zu erzeugen, die  -- verglichen mit den bis anhin erhaltenen   erhöhte     elastische        Eigenschaften        und.    höhere  Festigkeitswerte aufweisen; so kann z. B. der       Elastizitätsmodul    durch geeignete     Texturbil-          dung    bis auf 24 000     kg/mm2    und mehr ge  steigert werden, während bis heute Werte  von 18 bis 21000 als optimal bezeichnet wur  den.  



  Wie bereits erwähnt, kann die Zusammen  setzung der zur Anwendung gelangenden Le  gierungen schwanken. So kann man Legierun  gen mit folgenden Maximalgehalten     verwen.-          aen:     
EMI0002.0027     
  
    höchstens <SEP> 68 <SEP> % <SEP> Ni
<tb>  höchstens <SEP> 99,5 <SEP> % <SEP> Fe
<tb>  höchstens <SEP> 30 <SEP> % <SEP> Cr       höchstens 20 0/0     Mo    oder W oder     Mo    +     W     
EMI0002.0031     
  
    höchstens <SEP> 3 <SEP> % <SEP> Be
<tb>  höchstens <SEP> 5 <SEP> % <SEP> Ti
<tb>  höchstens <SEP> 1.,5 <SEP> % <SEP> C
<tb>  höchstens <SEP> 20 <SEP> 0l0 <SEP> lln
<tb>  höchstens <SEP> 4 <SEP> % <SEP> Si.

         Legierungen mit. folgenden Gehalten eig  nen sich insbesondere für den erfindungsge  mässen Zweck:  
EMI0002.0032     
  
    10-6811/o <SEP> Ni
<tb>  5-2511/o <SEP> Fe
<tb>  <B>10-300/0</B> <SEP> Cr
<tb>  0 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> % <SEP> hlo <SEP> oder <SEP> W <SEP> oder <SEP> Mo <SEP> -+- <SEP> W
<tb>  0,01- <SEP> 2% <SEP> Be
<tb>  0 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> % <SEP> Ti
<tb>  0 <SEP> - <SEP> 0,6 <SEP> % <SEP> C
<tb>  0 <SEP> - <SEP> 411/0 <SEP> <B>3111</B>
<tb>  0 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> % <SEP> 8i.       Unter diesen Legierungen wird man jenen  den Vorzug ;eben, welche folgende Gehalte  aufweisen:  
EMI0002.0033     
  
    <B>50-681/9</B> <SEP> N <SEP> i
<tb>  5 <SEP> <B>-25</B> <SEP> % <SEP> Fe
<tb>  12-251/o <SEP> Ci'
<tb>  1- <SEP> 20 <SEP> % <SEP> llo
<tb>  0,1- <SEP> 2% <SEP> Be
<tb>  0,1- <SEP> 31/o <SEP> Ti
<tb>  1- <SEP> 4 <SEP> % <SEP> <B>3111</B> <SEP> + <SEP> 8i.

         Das Abschrecken der Legierungen kann  in beliebiger Weise nach bekannten     :Methoden     erfolgen. Bei raumzentrierten Legierungen,  wie z. B. Stahl, kann es in gewissen Fällen  vorteilhaft sein, das Abschrecken beispiels  weise .durch     isotherme    Härtung, wie z. B. das  bekannte  Patentieren  des Klaviersaiten  drahtes,     durchzuführen.     



  Die bekannten Triebfedern aus     vergüt-          baren        Eisen-Nickel-Le.gierungen,    aber auch die  üblich     verwendeten        Stahlbänder    wurden bis  anhin am breiten Band bis zu den kleinsten       Dicken    heruntergewalzt und dann zu schma  len Bändern geschnitten.

   Alle diese Bänder  erreichen Werte des     Elastizitätsmoduls    von       höchstens    21000     kg/mm2    bei     martensitisch    ge  härtetem Stahl und höchstens 19 000     kg/mm2,     meistens nur 17 000 bis 18 000     kg/mm2    bei           den    modernen     vergütbaren        Eisen-Niekel-Ko-          balt-Legieiungen.     



  Die Nachprüfung der oben erwähnten     Vor-          züne    erfolgte mit der kubisch flächenzentrier  ten     Legiei-ring    folgender Zusammensetzung       60        %        Ni        15        %        Cr    7     %        Mo        1%        Be          1%        Ti    2     0/0        .31n        +        Si        Rest    

      Fe.       Von dieser Legierung wurde aus derselben  Schmelze die eine Hälfte des Materials zu  breitem Band verarbeitet und die andere  Hälfte     zri    Draht. Band und Draht wurden bei  der gleichen Temperatur, nämlich bei 1000  bis 1100 , homogenisiert und auf Zimmertem  peratur     abgesehreekt.    Die fertigen Bänder  wurden nachträglich durch Behandeln bei  einer Temperatur von 100 bis 600  C auf     Ma-          xiinalliärte    vergütet.

   Sowohl das breite als       auch    das schmale,     voir,    Draht gewalzte Band,  wurden nach der Homogenisierung total etwa  90     (l/o    kalt, verformt und auf die Dicke von  0,1.     inni    gewalzt. Es wurden Probebänder von.  0,1 X 1,5 mm hergestellt     und-    nach deren     Ver-          g-ütung    ihre elastischen     Eigenschaften    be  stimmt..

   Die Drähte wurden bei     einem    Durch  messer von 1     inin    homogenisiert und abge  schreckt, bis     auf        einen    Durchmesser von  0,6 mm kalt gezogen und dann auf 0,1 mm       L)ieke    gewalzt. Das breite Band wurde zu  Bändchen von 1.5 mm Breite geschnitten.  



  Die Prüfung der Bänder ergab folgendes  Bild:  <I>Test 1:</I>       röntgenograplüsche        Texturbestimmung          (c)    vom Band:     keine        Würfeldiagonalen    in der       Walzrichtung;          vorn    Draht: Häufung der     111-Riehtung     (Würfeldiagonale) in der Walzrichtung.

      <I>Test</I>       Messung    des     Elastizitätsmoduls:          @r,)        voni    Band: E = 18 000 bis 18 500     kg/mm2;          b)    vom Draht: E = 21200 bis 24 000     kg/mm2.     <I>Test 3:</I>  bleibende Verformung nach Biegen um einen  Dorn von 3 mm 0       a)    vom Band: 2 bis 3 ;       b)    vom Draht: 1 bis 2 .    <I>Test</I>       Bruchprobe    durch Biegen um einen scharf  kantigen Winkel von 90 :       a.)    vom Band: Bruch bei 55 bis 60 ; _       b)    vom Draht: Bruch bei 80 bis 90  (zum  Teil kein Bruch).  



  Bei bisher verwendeten Triebfedern sowie  auch bei aus bekannten     vergütbaren        Ni-Co-Fe-          Legierungen    hergestellten Triebfedern ist  keine     Orientierung    der     111-Richtung    parallel  zur Walzrichtung zu erkennen. Die Werte  des     E-Moduls    liegen z.

   B. für ein     marten-          sitisch    gehärtetes Stahlband bei 20000 bis  21000     kg/mm2    und bei den am breiten Band  gewalzten     Ni-Co-Fe-Legierungen    bei 17 000  bis 19 000     kg/mm2.    Die bleibende Verformung  nach Test 3 beträgt bei Stahlband 1 bis 3 ,  bei den     Ni-Co-Fe-Legierungen    2 bis 3 .  



  Der gleiche Versuch wurde mit einer  kubisch raumzentrierten     Eisen-Kohlenstoff-          legierung,        enthaltend        0,85        %        C,        durchgeführt.     Der nach dem bekannten      Patentier-Verfah-          ren     bei hoher Temperatur     homogenisierte     und abgeschreckte Stahldraht von 2,3 mm 0  wurde bis auf eine Festigkeit, von 260     kg/mm2     kalt heruntergezogen, und     zwar    bis zu einer  Dicke von 0,6 mm, und anschliessend kalt     zii     einem Band von 0,1 mm Dicke und 1,

  5 mm  Breite gewalzt, und     dann    bei 250  während  1. Stunde vergütet.. Die röntgenographische       Texturbestimmung    zeigt     punktförmige    Re  flexe, das heisst eine sehr scharf ausgeprägte  Textur mit 111- und     110-Richtungen    in der       Walzrichtung,    wobei die     110-Richtung    in der  Walzebene liegt. Somit liegt der Höchstwert  des     E-Moduls    in der     Längsrielrtung    des Feder  bandes.

   Das Band, das vor dem Vergüten eine  Bärte von 700     Vickers        aufwies,    besitzt nach  dem Vergüten während einer Stunde bei 250   eine solche von 820     Vickers.    Der     E-3lo@di.l          wurde    mit 22 000     kg/mm2    ermittelt.

   Die aus  diesem Band hergestellte     Uhrentriebfeder          (,abe    ein Kraftmoment von 810     gr/min,    das  das Kraftmoment einer     texturfreien        marten-          sitisch    gehärteten Stahlfeder übertrifft, ohne  die Brüchigkeit der     letzteren    aufzuweisen.  Die Feder brach im     Federhaus    bei 9300 Auf-           zügen,    währenddem die nach dem bisherigen  Verfahren gehärtete Stahlfeder gleicher Fe  derkraft nach 200 bis 600 Aufzügen brach.  



  - Ferner wurde ein zweites Federband aus       derselben        Fe-C-Legierung    hergestellt, indem  ein Draht. von 1,6 mm 0 mit. einer Festigkeit  von 200     kg/mm2    auf eine Dicke von 0,6 mm  kalt gezogen wurde. Das aus diesem Draht       gewalzte    Band von einer Dicke von 0,1 mm  und einer Breite von 1,5 mm zeigte eine starke  Streuung der 110- und     111-Richtungen    der  Textur.

   Diese unscharfe Textur ergab ein       E-llodul    von nur 19 500     kg/mm2    und ein  Kraftmoment der Feder von nur 700     gr/mm.     Auch bei diesem Band hat durch das Ver  güten die Härte nur um etwa 100     Vickers-          einheiten    zugenommen.

   Dieses Beispiel zeigt  deutlich, wie bei richtigem Verhältnis der  Kaltverformung des Drahtes durch Ziehen  zur Kaltverformung durch Walzen eine     Stei-          gerung        des        E-Moduls        tim        mehr        als        10        %     durch stark ausgebildete Textur (Lage der       Höchstwerte    des     E-i@-Ioduls    in der Bandrich  tung) erzielt werden konnte.

       mich    wird       Iureh    dieses Beispiel einer kubisch raumzen  trierten Legierung der durch das neue     Ver-          Fahr.en    erzielte Fortschritt     erwiesen.     



  Die Versuche zeigen die Überlegenheit, das  'Beisst den technischen Fortschritt, der nach       1em    neuen Verfahren     hergestellten    Metall  änder gegenüber den nach bekannten     Me-          ;hoden    am breiten Band gewalzten Bändern.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Herstellung einer Trieb feder für Uhren, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung, welche ein kubisches Kri stallgitter aufweist, in Drahtform homogeni siert und abgeschreckt, hierauf kalt herunter gezogen Lind kalt zum Federband gewalzt wird, wobei das Verhältnis der Querschnitts verminderung beim Ziehen des Drahtes zur Querschnittsverminderung durch das Flach walzen des Drahtes so abgestimmt wird, dass sieh die Richtung des Höchstwertes des Ela- stizitätsmodLils vorwiegend parallel zur Walz- Achtung des Bandes orientiert,

   worauf bei Temperaturen von 200 bis 600 C naehbehan- delt wird, um einen Elastizitätsmodul von mindestens 21000 kg/mm2 zu erreichen. 1I. Triebfeder für Uhren, erhalten nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass eine Legierung, welche ein kubisch flächenzentriertes Kristall gitter aufweist, verwendet wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass eine Legierung, welche ein kubisch raumzentriertes Kristall gitter aufweist, verwendet wird. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht derart kalt heruntergezogen und kalt gewalzt wird, dass eine totale Quer- schnittsv erminderung von mindestens 80 % erfolgt. 4. Verfahren nach Patentanspruch 1 und Unteranspruch ?, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht derart kalt heruntergezogen und kalt gewalzt wird, dass eine totale Quer- schnittsverminderung von mindestens 80 0l0 erfolgt. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch 1 und Unteransprüchen 1 und 3, dadurch gekenn zeichnet, dass man eine Legierung verwendet, die EMI0004.0058 10 <SEP> - <SEP> 68 <SEP> % <SEP> Ni <tb> 5 <SEP> - <SEP> 25 <SEP> % <SEP> Fe <tb> 10 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> % <SEP> Ci.' <tb> 0,01- <SEP> ? <SEP> % <SEP> Be <SEP> enthält. 6. Verfahren nach Patentanspruch 1 und Unteransprüelien 1, 3 und 5, dadurch gekenn zeichnet, dass man eine Legierung verwendet, die EMI0004.0061 <B>50-680/9</B> <SEP> Ni <tb> 5 <SEP> <B>-25</B> <SEP> % <SEP> Fe <tb> 12 <SEP> <B>-25</B> <SEP> % <SEP> Ci' <tb> 1. <SEP> - <SEP> 20 <SEP> % <SEP> Mo <tb> 0,1- <SEP> 2% <SEP> Be <tb> 0,1- <SEP> 3% <SEP> Ti <tb> 1- <SEP> 1% <SEP> Mn <SEP> -f- <SEP> Si <SEP> enthält.

   7. Verfahren nach Patentanspruch I Lind Unteransprüchen 1, 3, 5 und 6, dadurch ge- kennzeiehnet, dass man eine Legierung folgen der Zusammensetzung verwendet EMI0005.0003 60 <SEP> % <SEP> Ni <tb> 15 <SEP> % <SEP> Cr <tb> 7% <SEP> Mo <tb> 1 <SEP> % <SEP> Be EMI0005.0004 1 <SEP> d/0 <SEP> '1 <SEP> 'i <tb> 2 <SEP> 0/0 <SEP> Mn <SEP> + <SEP> Si <tb> Rest <SEP> Fe.