CH299223A - Verfahren zur Herstellung einer Triebfeder für Uhren sowie nach diesem Verfahren erhaltene Triebfeder. - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Triebfeder für Uhren sowie nach diesem Verfahren erhaltene Triebfeder.

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CH299223A
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/02Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for springs
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04BMECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B1/00Driving mechanisms
    • G04B1/10Driving mechanisms with mainspring
    • G04B1/14Mainsprings; Bridles therefor
    • G04B1/145Composition and manufacture of the springs

Description


  Zusatzpatent zum Hauptpatent Nr. 294397.    Verfahren zur Herstellung einer Triebfeder     für        Uhren    sowie nach diesem Verfahren  erhaltene Triebfeder.    Die Metallkristalle sind     Bekannterweise        in     Bezug auf ihre elastischen Eigenschaften     aniso-          trop.    So hat z. B. der     Elastizitätsmodul    im  kubischen     Kristallgitter    ein ausgeprägtes  Maximum in der Richtung der Würfeldiago  nale, hingegen ein Minimum in Richtung der  Würfelkante.  



  Durch eine Reihe von Publikationen (unter  anderem Zeitschrift für Metallkunde; Band 41  [1950],     Heft    2, Seite 45) ist bestätigt worden,  dass sowohl für kubisch raumzentriertes Ma  terial als auch für     kubisch    flächenzentriertes  Material der     Elastizitätsmodul    sowie die übri  gen elastischen Eigenschaften und Festigkeits  werte starke     Anisotropie        aufweisen    und sowohl  im kubisch raumzentrierten Gitter als auch  im kubisch flächenzentrierten Gitter beispiels  weise der Maximalwert des     Elastizitätsmoduls     vorzugsweise in Richtung der Würfeldiago  nalen liegt.

   In der deutschen Patentschrift  Nr. 833056 wird ein Verfahren zur Herstel  lung von Federn     @    aus Stählen und metalli  schen Werkstoffen     anisotroper        Beschaffenheit,     die aus gewalzten Blechen in der Richtung der  besten elastischen     Eigenschaften    ausgeschnit  ten werden, beschrieben.  



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



       Gegenstand    der     vorliegenden        Erfindung     ist nun- ein Verfahren zur Herstellung einer  Triebfeder für Uhren, gemäss welchem eine       kobalthaltige    Legierung; welche ein     kubisch     flächenzentriertes Kristallgitter aufweist, in  Drahtform homogenisiert und abgeschreckt,  hierauf kalt heruntergezogen und kalt zum  Band     gewalzt    wird, wobei das Verhältnis der       Querschnittsverminderung    beim Ziehen des  Drahtes zur     Querschnittsverminderung    durch  das Flachwalzen des Drahtes     s :

      abgestimmt  wird, dass sich die Richtung des     Hächstwertes     des     Elastizitätsmoduls    vorwiegend parallel zur       Walzrichtung    des Bandes orientiert, worauf  bei Temperaturen von 200 bis 600  C nach  behandelt wird, um einen     Elastizitätsmodul     von mindestens 21000     kgimm2    zu erreichen.  Es hat sich ferner gezeigt, dass es zweckdien  lich ist, den Draht derart herunterzuziehen  und zu     walzen,    dass eine totale Querschnitts  verminderung von mindestens 80 % erfolgt.  



  Ferner betrifft die Erfindung solche Trieb  federn für Uhren, welche nach dem erfin  dungsgemässen Verfahren erhalten werden.  



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



  Besonders geeignet für diesen Zweck sind       vergütbare        Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen;     daneben können .solche     Legierungen    noch  Chrom, Wolfram     und/oder        Molybdän    sowie  kleine Mengen an eine Aushärtung bewirken  den Elementen, wie z. B. Beryllium, Titan,       Niob,    Kohlenstoff usw., die einzeln oder wahl  weise kombiniert vorhanden sein können, ent  halten.  



  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  beispielsweise aus Legierungen mit     kubisch     flächenzentriertem Kristallgitter gemäss Er  findung hergestellte Triebfedern bei der rönt  genographischen     Texturbestimmung    eine aus  gesprochene     Häufung    der 110- oder     111-Rich-          tiing,    das heisst eine     Orientierung    der 110- oder       111-Richtung    parallel zur     Walzrichtung,    zei  gen, wogegen dies bei den bis     anhin    herge  stellten Federn gleicher Legierungskomposi  tionen nicht der Fall. war.

   Überdies     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     Texturbildung    bis auf 24000         kg/mm2    und mehr gesteigert werden, während  bis heute Werte von 18 bis 21000 als optimal  bezeichnet wurden.  



  Wie bereits erwähnt, kann die Zusammen  setzung der zur     Anwendung    gelangenden Le  gierungen schwanken. So kann man Legie  rungen mit: folgenden Maximalgehalten ver  wenden:  
EMI0002.0025     
  
    höchstens <SEP> 68 <SEP> % <SEP> Ni
<tb>  " <SEP> 99,5 <SEP> % <SEP> Fe
<tb>  " <SEP> 30 <SEP> % <SEP> Cr
<tb>  " <SEP> 50 <SEP> % <SEP> Co
<tb>  " <SEP> 20 <SEP> % <SEP> Mo <SEP> oder <SEP> W <SEP> oder <SEP> Mo <SEP> + <SEP> W
<tb>  " <SEP> 3 <SEP> % <SEP> Be
<tb>  " <SEP> 5 <SEP> % <SEP> Ti
<tb>  " <SEP> 1,

  5 <SEP> % <SEP> C
<tb>  " <SEP> 20 <SEP> % <SEP> Mn
<tb>  " <SEP> 4 <SEP> % <SEP> Si
<tb>  " <SEP> 6 <SEP> % <SEP> Nb       Legierungen mit folgenden Gehalten eignen  sich insbesondere für den erfindungsgemässen  Zweck  
EMI0002.0026     
  
    <B>10-68%</B> <SEP> Ni
<tb>  <B>5-20%</B> <SEP> Fe
<tb>  <B>10-30%</B> <SEP> Cr
<tb>  <B>5-50%</B> <SEP> Co
<tb>  0-20% <SEP> Mo
<tb>  0-20% <SEP> W
<tb>  0,01-2% <SEP> Be
<tb>  0-3 <SEP> % <SEP> Ti
<tb>  <B>0-0,6%</B> <SEP> C
<tb>  0-4% <SEP> Mn
<tb>  0-4 <SEP> % <SEP> Si
<tb>  <B>0-6%</B> <SEP> Nb       Als besonders geeignet haben sieh die folgenden Legierungstypen erwiesen:

    
EMI0002.0027     
  
    <I>Typus <SEP> I <SEP> Typus <SEP> II</I>
<tb>  <B>10-60%</B> <SEP> Ni <SEP> <B>5-31%</B> <SEP> Ni
<tb>  520 <SEP> % <SEP> Fe <SEP> <B>0-18%</B> <SEP> Fe
<tb>  5-50 <SEP> % <SEP> Co <SEP> <B>20-50%</B> <SEP> Co
<tb>  10-25 <SEP> % <SEP> Cr <SEP> <B>15-30%</B> <SEP> Cr
<tb>  1-20 <SEP> % <SEP> Mo <SEP> oder <SEP> W <SEP> oder <SEP> Mo <SEP> + <SEP> W <SEP> <B>0-10%</B> <SEP> Mo
<tb>  0,1-2 <SEP> % <SEP> Be <SEP> <B>0,01-0,1%</B> <SEP> Be
<tb>  0,1-3 <SEP> % <SEP> Ti <SEP> 0-0,3 <SEP> % <SEP> C
<tb>  0,05=0,

  6 <SEP> % <SEP> C <SEP> 0-3 <SEP> % <SEP> Mn
<tb>  1-4 <SEP> % <SEP> Mn <SEP> + <SEP> Si         Man kann beispielsweise Legierungen mit folgenden Gehalten für den     erfindungs-          gemässen    Zweck verwenden  
EMI0003.0003     
  
    <I>Legierung <SEP> 1 <SEP> Legierung <SEP> 2 <SEP> Legierung <SEP> 3</I>
<tb>  Co <SEP> 40% <SEP> Co <SEP> 40% <SEP> Ni <SEP> 34,8
<tb>  Cr <SEP> 12% <SEP> Cr <SEP> 20% <SEP> Cr <SEP> 11,2
<tb>  Mo <SEP> 8 <SEP> % <SEP> Ni <SEP> <B>15,5%</B> <SEP> Fe <SEP> 5,8
<tb>  Ni <SEP> <B>16%</B> <SEP> Mn <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Mn <SEP> 1,2
<tb>  Ti <SEP> 1 <SEP> % <SEP> C <SEP> <B>0,15%</B> <SEP> si <SEP> 0,3
<tb>  Be <SEP> 0,8 <SEP> % <SEP> Be <SEP> <B>0,03%</B> <SEP> W <SEP> <B>5,6%</B>
<tb>  Mn <SEP> + <SEP> Si <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Mo <SEP> <B>7,0%</B> <SEP> Nb <SEP> 4,

  0
<tb>  Fe <SEP> Rest <SEP> Fe <SEP> <B>15%</B> <SEP> Ti <SEP> 2,4%
<tb>  Co <SEP> 34,1%       Die bekannten Triebfedern aus     vergüt-          baren        Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen    wur  den bis anhin am breiten Band bis zu den  kleinsten Dicken heruntergewalzt und dann zu  schmalen Bändern geschnitten. Alle diese Bän  der erreichen Werte des     Elastizitätsmoduls     von höchstens<B>19000</B>     kgimm2,    jedoch meistens  nur 17 000 bis 18000     kgimm2    bei den modernen       vergütbaren        Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen.     



  Die Nachprüfung der oben erwähnten Vor  züge erfolgte mit der kubisch flächenzentrier  ten Legierung -folgender Zusammensetzung:       40%Co,12%Cr,8%Mo,16%Ni,1%Ti,     0,8     %        Be,    2 % Mn +     Si,    Rest Fe.  



  Von dieser Legierung wurde von derselben  Schmelze die eine Hälfte des Materials zu brei  tem Band verarbeitet und die andere Hälfte  zu Draht. Band und Draht wurden bei der  gleichen Temperatur, nämlich bei 1000 bis  1100  C, homogenisiert und auf Zimmertem  peratur abgeschreckt. Die fertigen Bänder  wurden nachträglich durch Behandeln bei  einer Temperatur von 400 bis 600  C auf  Maximalhärte vergütet. Sowohl das breite als  auch das schmale, vom Draht gewalzte Band  wurden nach der Homogenisierung total etwa  90 % kalt verformt und auf die Dicke von  0,1 mm gewalzt. Es wurden Probebänder von  0,1 X 1,5 mm hergestellt und nach deren  Vergütung ihre elastischen Eigenschaften be  stimmt.

   Die Drähte wurden bei einem Durch  messer von 1 mm homogenisiert und     abge-          sehreckt,    bis auf einen     Durchmesser    von    0,6 mm kalt gezogen und dann auf 0,1 mm<B>,</B>  Dicke gewalzt. Das breite Band wurde zu  Bändchen von 1,5 mm Breite geschnitten.  



  Die Prüfung der Bänder ergab folgendes  Bild  <I>Test- 1:</I> Röntgenographische     Texturbestim-        f          mung          cs    ) vom Band: keine Würfeldiagonalen in der       Walzrichtung,     b) vom Draht: Häufung der     111-Riehtung     (Würfeldiagonale) in der Walzrichtung. ,  <I>Test 2:</I> Messung des     Elastizitätsmoduls:          ca)    vom Band: E = 18000 bis 18500     kg/mm2,          b    ) vom Draht:

   E = 21200 bis 24000     kgimm2.     <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 4:</I> Bruchprobe durch Biegen um einen  scharfkantigen Winkel von 90        a)    vom Band: Bruch bei 55 bis 60 ,  b) vom Draht. Bruch bei 80 bis 90  (z. 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. bei den am breiten Band  gewalzten     Ni-Co-Fe-Legierungen    bei 17000 bis  19 000. Die bleibende Verformung nach Test 3  beträgt bei den     Ni-Co-Fe-Legierungen    2 bis 3 .

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Herstellung einer Trieb feder für Uhren, dadurch gekennzeichnet, dass eine kobalthaltige Legierung, welche ein kubisch flächenzentriertes Kristallgitter auf weist, in Drahtform homogenisiert und abge schreckt, hierauf kalt heruntergezogen und kalt ziun Band gewalzt wird, wobei das Ver hältnis der Querschnittsverminderung beim Ziehen des Drahtes zur Querschnittsvermin- derung durch das Flachwalzen des Drahtes so abgestimmt wird,
    dass sich die Richtung des Höchstwertes des Elastizitätsmoduls vorwie gend parallel zur Walzrichtung des Bandes orientiert; worauf bei Temperaturen von 200 bis 600 C nachbehandelt wird, um einen Ela- stizitätsmodul von mindestens 21000 kg/mm2 zii erreichen. II. Triebfeder für Uhren, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I. UNTERANSPRÜCHE: 1.
    Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Draht derart heruntergezogen und gewalzt wird, dass eine totale Querschnittsverminderung von minde stens 80 % erfolgt. 2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Legierung mit folgenden Ge halten verwendet: 3.
    Verfahren nach Patentanspruch 1 und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Legierung mit. folgenden Ge halten verwendet: EMI0004.0021 <B>10-60%</B> <SEP> Ni <SEP> 0,1-2% <SEP> Be <tb> 5-20'/o <SEP> Fe <SEP> <B>0,1-3%</B> <SEP> Ti <tb> <B>5-50%</B> <SEP> Co <SEP> <B>0,05-0,6%</B> <SEP> C <tb> 10-25 <SEP> % <SEP> Cr <SEP> 1-4 <SEP> % <SEP> Mn <SEP> + <SEP> Si <tb> 1-20 <SEP> % <SEP> W 4.
    Verfahren nach Patentanspruch I und 4s Unteranspruch 1, dadurch gekennzeiehnet, dass man eine Legierung mit, folgenden Gehalten verwendet EMI0004.0024 <B>10-60%</B> <SEP> Ni <SEP> 0,1-2% <SEP> Be <tb> 5-20 <SEP> % <SEP> Fe <SEP> <B>0,1-3%</B> <SEP> Ti <tb> <B>5-50%</B> <SEP> Co <SEP> 0,05-0,6 <SEP> % <SEP> C <tb> 10-25 <SEP> %a <SEP> Cr <SEP> 1-4 <SEP> % <SEP> Mn <SEP> + <SEP> Si <tb> 1-20 <SEP> % <SEP> Mo <SEP> + <SEP> W 5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Legierung folgender Zusammen setzung verwendet EMI0004.0025 Co <SEP> 40% <SEP> Ti <SEP> 1% <tb> Cr <SEP> 12 <SEP> % <SEP> Be <SEP> <B>0,8%</B> <tb> Mo <SEP> 8% <SEP> Mn <SEP> +Si <SEP> 2% <tb> Ni <SEP> 16 <SEP> % <SEP> Fe <SEP> Rest 6.
    Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Legierung folgender Zusammen setzung verwendet EMI0004.0026 10-60 <SEP> % <SEP> Ni <SEP> 0,1-2% <SEP> Be <SEP> Ni <SEP> 34,8% <SEP> W <SEP> <B>5,6%</B> <tb> 5-20 <SEP> % <SEP> Fe <SEP> 0,1-3 <SEP> % <SEP> Ti <SEP> Cr <SEP> 11,2% <SEP> Nb <SEP> 430% <tb> <B>5-50%</B> <SEP> Co <SEP> 0,05-0;6 <SEP> % <SEP> C <SEP> Fe <SEP> <B>5,8%</B> <SEP> Ti <SEP> 2,4% <tb> 10-25 <SEP> % <SEP> Cr <SEP> 1-4 <SEP> % <SEP> Mn <SEP> + <SEP> 8i <SEP> Mn <SEP> 1,2% <SEP> Co <SEP> 34,1% <tb> 1-20% <SEP> Mo <SEP> Si <SEP> <B>0,3%</B>
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