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.
Method for producing springs The invention relates to a method for producing springs.
There are known methods for producing self-compensating balance-wheel coil springs. These procedures are mostly those in which additional metals are added to the base material. These springs made of an alloy with a small expansion coefficient compensate for temperature fluctuations that occur in an excellent manner, but have the disadvantage that they are not stiff enough due to the low modulus of elasticity and therefore cause positional errors.
Processes have also been used in which nickel-iron-chromium alloys are tempered by means of precipitation hardening by mixing in a precipitation hardening substance such as beryllium, titanium, molybdenum and the like, so that the restorations produced from such alloys are Coil springs have a higher modulus of elasticity. However, this in turn results in less damping of the balance compared to the balance spiral springs made of a non-hardenable alloy.
In both of the alloying processes mentioned, as a result of the extraordinary fineness of the balance spring, the alloyed material, in the case of hardenable alloys also the material causing precipitation hardenability, is evenly distributed throughout the material. The inner parts of the spring are given the same hardness as the edge zones.
Because of the uniform hardness throughout, such a spring can only achieve a certain elasticity which cannot be exceeded a certain limit and which is not yet sufficient to largely eliminate positional errors.
The purpose of the method according to the invention is to create a spring with a soft core and hard surface, in which both the temperature and the positional errors are largely compensated for in order to avoid the disadvantages of the known springs. This is achieved by providing the spring material, which consists of a metal alloy, with an outer layer by diffusing in a substance that causes precipitation hardening, which is then tempered by precipitation hardening.
It is known per se to improve surfaces of metal bodies by diffusing in a second metal. This usually involves obtaining a layer-like coating of, for example, chromium on steel workpieces, in which the migration of carbon is prevented by alloying with titanium, molybdenum or manganese, in order to guarantee proper diffusion. With the known diffusion process, an improvement in the resistance characteristic against corrosion and wear is sought.
The springs produced by the process according to the invention differ from the known springs produced by the alloy process in that the additions of the alloy which cause precipitation hardening are no longer evenly distributed over the entire cross-section, but that by diffusion penetrated substance is concentrated in the edge zone after hardening. The precipitation hardening can therefore only take place in the edge zone, whereby one receives a spring with a relatively soft core, but with a hard surface, z.
B. compensates for temperature fluctuations, so it has an unchangeable coefficient of expansion, but is still stiff enough and does not allow any undesirable position errors, which is of particular importance with balance-wheel springs.
The soft inner layer of the spring, e.g. B. of the so-called. Invar type, which has a low modulus of elasticity, is thus surrounded by a very hard outer layer having a high modulus of elasticity, preferably tubular. The spring in the form of a balance spiral spring can thus take on the character of a kind of Bourdon tube, which is still unbreakable and has a compensating effect with great rigidity and high modulus of elasticity.
For example, an alloy is used as the base material, which contains iron in addition to nickel, chromium and tungsten. The iron has a body-centered cubic lattice as a so-called a-iron up to the stop point 906 C. From 906 C, the a-iron changes to y-iron with a face-centered cubic lattice, which is persistent up to the breakpoint 1401 C. The diffusion of a precipitation hardenability effecting substance into the base material can be achieved by this latter and the gaseous phase of a metal salt, e.g.
B. beryllium chloride, are brought into contact with each other when the appropriate heat. Beryllium chloride sublimes at around 490 C, so it is already gaseous in the temperature range of a-iron, but especially in the temperature range of y-iron. So it can be diffused in below 906 C with the formation of mixed crystals of the exchange or occupied place type and above 906 C with the formation of mixed crystals of the inclusion or vacancy type atoms of a precipitation hardenability effect the substance.
Diffusion below 906 C and thus the formation of mixed crystals of the exchange type is only possible if the atomic diameter of the diffusing substance and the iron atom are largely similar, because the foreign atom must take the place of the iron atom in the crystal lattice. Above 906 C, the extensive similarity of the atomic diameter of the substance to be diffused is no longer necessary for the purpose of forming mixed crystals of the inclusion type, since it is now embedded in the face-centered lattice in voids of the lattice.
The method is intended in particular for the production of balance-wheel spiral springs, but other springs can also be produced using a wire or band-shaped base material alloy.