Verfahren zur Herstellung von Federn Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung von Federn.
Es sind Verfahren zur Herstellung selbstkompen sierender Unruh-Spiralfedern bekannt. Bei diesen Ver fahren handelt es sich meist um solche, bei denen Zusatzmetalle zum Grundmaterial zulegiert werden. Diese Federn aus einer Legierung mit kleinem Aus dehnungskoeffizienten kompensieren in vorzüglicher Weise auftretende Temperaturschwankungen, haben aber den Nachteil, dass sie zufolge des niedrigen Elastizitätsmoduls nicht steif genug sind und aus die sem Grunde Lagenfehler verursachen.
Man hat auch schon Verfahren angewendet, bei denen Nickel-Eisen-Chrom-Legierungen durch Bei mischung eines eine Ausscheidungs-Härtbarkeit be wirkenden Stoffes wie Beryllium, Titan, Molybdän und ähnliche mittels einer Ausscheidungshärtung so vergütet werden, dass die aus solchen Legierungen hergestellten Umruh-Spiralfedern einen höheren Elastizitätsmodul erhalten. Es entsteht dadurch aber wiederum eine geringere Dämpfung der Unruh gegenüber den aus einer nicht aushärtbaren Legierung hergestellten Unruh-Spiralfedern.
Bei beiden genannten Legierungsverfahren ist in folge der ausserordentlichen Feinheit der Unruh- Spiralfedern der legierte Stoff, bei den aushärtbaren Legierungen also auch der eine Auscheidungs-Härt- barkeit bewirkende Stoff, gleichmässig im Gesamt material verteilt. Es erhalten somit die innern Teile der Feder dieselbe Härte wie die Randzonen.
Eine solche Feder kann wegen der durchwegs gleich mässigen Härte nur eine bestimmte, eine gewisse Grenze nicht überschreitbare Elastizität erreichen, die noch nicht ausreicht, die Lagenfehler weitgehend auszuschalten.
Das erfindungsgemässe Verfahren bezweckt, eine Feder mit weichem Kern und harter Oberfläche zu schaffen, bei der zwecks Vermeidung der genannten Nachteile der bekannten Federn sowohl die Tempe ratur- als auch die Lagenfehler weitgehend kompen siert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass man das aus einer Metallegierung bestehende Federmaterial durch Eindiffundieren eines eine Ausscheidungs- Härtbarkeit bewirkenden Stoffes mit einer Aussen schicht versieht, die anschliessend durch Ausschei dungshärtung vergütet wird.
Es ist an sich bekannt, Oberflächen von Metall körpern dadurch zu verbessern, dass man ein zweites Metall eindiffundiert. Es handelt sich hierbei meist um die Gewinnung eines schichtartigen Überzuges von beispielsweise Chrom auf Stahlwerkstücken, bei denen durch Legieren mit Titan, Molybdän oder Mangan das Auswandern des Kohlenstoffes verhindert wird, um die Gewähr für eine einwandfreie Diffusion zu bilden. Mit den bekannten Diffusionsverfahren wird vor allem eine Verbesserung der Widerstands charakteristik gegen Korrosion und Abnützung ange strebt.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren her gestellten Federn unterscheiden sich von den bekann ten, nach dem Legierungsverfahren hergestellten Fe dern dadurch, dass die eine Ausscheidungs-Härtbar- keit bewirkenden Zusätze der Legierung nicht mehr gleichmässig über den ganzen Querschnitt verteilt sind, sondern dass der durch Diffusion eingedrungene Stoff nach dem Härten in der Randzone konzentriert ist. Die Ausscheidungshärtung kann sich demnach auch nur in der Randzone vollziehen, wodurch man vor zugsweise eine Feder mit verhältnismässig weichem Kern, aber mit harter Oberfläche erhält, die z.
B. die Temperaturschwankungen kompensiert, also einen unveränderlichen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, aber doch steif genug ist und keine unerwünschten Lagenfehler zulässt, was bei Unruh-Spiralfedern von besonderer Bedeutung ist.
Die weiche Innenschicht der Feder, z. B. vom sog. Invartyp , die einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweist, wird also von einer sehr harten und einen hohen Elastizitätsmodul aufweisenden Aussenschicht vorzugsweise rohrartig umgeben. Die Feder in der Ausbildung als Unruh-Spiralfeder kann also den Charakter einer Art Rohrfeder bekommen, die bei grosser Steifigkeit und hohem Elastizitätsmodul den noch bruchsicher ist und kompensierend wirkt.
Als Grundmaterial wird beispielsweise eine Legie rung verwendet, die neben Nickel, Chrom und Wolf ram auch Eisen enthält. Das Eisen besitzt bis zum Haltepunkt 906 C als sogenanntes a-Eisen ein ku bisch raumzentriertes Gitter. Ab 906 C geht das a-Eisen in y-Eisen mit kubisch flächenzentriertem Gitter über, das bis zum Haltepunkt 1401 C bestän dig ist. Die Diffusion eines eine Ausscheidungs-Härt- barkeit bewirkenden Stoffes in das Grundmaterial kann erreicht werden, indem dieses letztere und die gasförmige Phase eines Metallsalzes, z.
B. Beryllium- Chlorid, bei entsprechender Wärme miteinander in Kontakt gebracht werden. Beryllium-Chlorid sublimiert bei rund 490 C, ist also schon im Temperaturbereich des a-Eisens, insbesondere aber im Temperatur bereich des y-Eisens unbedingt gasförmig. Es können also unterhalb von 906 C unter Bildung von Misch kristallen des Austausch- oder Besetztplatztypes und oberhalb von 906 C unter Bildung von Misch kristallen des Einlagerungs- oder Leerstellentypes Atome des eine Ausscheidungs-Härtbarkeit bewirken den Stoffes eindiffundiert werden.
Ein Eindiffundieren unterhalb 906 C und damit die Bildung von Misch kristallen des Austauschtypes ist allerdings nur mög lich, wenn die Atomdurchmesser des einzudiffundie- renden Stoffes und des Eisenatoms weitgehend ähnlich sind, denn es muss das fremde Atom an den Platz des Eisenatoms im Kristallgitter treten. Oberhalb 906 C ist die weitgehende Ähnlichkeit des Atom durchmessers des einzudiffundierenden Stoffes zwecks Bildung von Mischkristallen des Einlagerungstypes nicht mehr nötig, da es nunmehr im flächenzentrierten Gitter in Leerstellen des Gitters eingelagert wird.
Das Verfahren ist insbesondere zur Herstellung von Unruh-Spiralfedern bestimmt, doch können auch andere Federn hergestellt werden bei Verwendung einer draht- oder bandförmigen Grundmateriallegie- rung.