DE1103601B - Process for the production of power spring belts - Google Patents
Process for the production of power spring beltsInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Triebfederbändern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Triebfederbändern für Uhren, Apparate u. dgl. und auf nach dem Verfahren erhaltene federnde, aus Legierungen bestimmter Zusammensetzung bestehende Bänder.Method of making power spring belts The invention relates to on a process for the production of mainspring bands for clocks and apparatus and the like, and resilient, certain of alloys obtained by the method Composition of existing tapes.
Die Triebfederbünder gemäß der Erfindung zeichnen sich aus durch hohe Werte des Elastizitätsmoduls, die über 19 00'a kg/mm2 liegen und Werte von 20000, 21000 und mehr, z. B. 24 000 kg/mm2 aufweisen können, und zeichnen sich ferner aus durch Orientierung der Höchstwerte des Elastizitätsmoduls in Längsrichtung der Bänder.The Triebfederbünder according to the invention are characterized by high values of the elastic modulus, the 19 00'a kg / mm2, and values of 20,000, 21,000 or more, z. B. 24,000 kg / mm2, and are also characterized by the orientation of the maximum values of the modulus of elasticity in the longitudinal direction of the bands.
Metallkristalle sind Bekannterweise in Bezug auf ihre elastischen- Eigenschaften anisotrop. So hat z. B. der Elastizitätsmodul im kubischen Kristallgitter ein ausgeprägtes Maximum in der Richtung der Würfeldiagonalen, hingegen ein Minimum in Richtung der Würfelkante-.As is well known, metal crystals are known for their elastic- Properties anisotropic. So has z. B. the modulus of elasticity in the cubic crystal lattice a pronounced maximum in the direction of the diagonal of the cube, but a minimum towards the edge of the cube-.
Durch eine Reihe von Publikationen (unter anderem Zeitschrift für Metallkun.de, Bd. 41 [195a], Heft 2, S. 45) ist bekanntgeworden, daß sowohl für kubisch raumzentriertes Material als auch für kubisch flächenzentriertes Material der Elastizitätsmodul sowie die übrigen elastischen Eigenschaften und Festigkeitswerte starke Anisotropie aufweisen und sowohl im kubisch raumzentrierten Gitter als auch im kubisch flächenzentrierten Gitter beispielsweise der Maximalwert des Elastizitätsmoduls vorzugsweise in Richtung der Würfeldiagonalen liegt. In, der deutschen Patentschrift 833 0'56 wird ein Verfahren zur Herstellung von Federn aus Stählen und metallischem Werkstoffen anisotroper Beschaffenheit, die aus gewalzten Blechen in der Richtung der besten elastischen Eigenschaften ausgeschnitten werden, beschrieben.Through a number of publications (including the magazine for Metallkun.de, Vol. 41 [195a], Issue 2, p. 45) has become known that both for body-centered cubic material as well as face-centered cubic material the modulus of elasticity and the other elastic properties and strength values have strong anisotropy and both in the body-centered cubic lattice and in the face-centered cubic lattice, for example, the maximum value of the modulus of elasticity preferably in the direction of the diagonal of the cube. In, the German patent specification 833 0'56 is a process for the production of springs from steel and metallic Materials of anisotropic nature, made from rolled sheets in the direction cut out for the best elastic properties.
Durch eine Reihe systematischer Versuche ist es dem Erfinder gelungen, durch ein Kaltstreckverfahren die Höchstwerte des Elastizitätsmoduls vorwiegend parallel zur Walzrichtung, also in Längsrichtung, des Federbandes zu legen, wodurch in der Längsrichtung des Federbandes Werte des. Elastizitätsmoduls erreicht werden, die z. B. 10 bis 30% über den bisher erreichten Werten liegen.Through a series of systematic attempts, the inventor succeeded in the maximum values of the modulus of elasticity predominantly through a cold stretching process parallel to the rolling direction, i.e. in the longitudinal direction, of the spring strip to be laid, whereby values of the modulus of elasticity are achieved in the longitudinal direction of the spring strip, the z. B. 10 to 30% above the values achieved so far.
Ausgangsstoffe für das Verfahren der Erfindung sind einerseits die kubisch raumzentrierten, für Federn in Frage kommenden Legierungen des Standes der Technik und andererseits kubisch flächenzentrierte Legierungen, die Eisen oder Nickel oder beide Elemente, gegebenenfalls zusammen mit Chrom, Kobalt, Molybdän oder Wolfram, oder Molybdän und Wolfram und gegebenenfalls anderen Bestandteilen wie Beryllium, Titan, Kohlenstoff, Mangan, Silizium sowie auch Niob oder andere Legierungsbestandteile enthalten, soweit sie dem Bereich ihres Elastizitätsmoduls nach für Federbänder in Frage kommen. Nach der Erfindung werden diese Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Federbändern bei hoher Temperatur in Drahtform homogenisiert und abgeschreckt, hierauf kalt heruntergezogen und darauf kalt zum Band gewalzt und bei 2001 bis 600° C behandelt, wobei das Verhältnis der bis etwa 80% betragenden Ouerschnittsverringerung beim Ziehen zu der etwa 961/o des ursprünglichen Querschnittes betragenden Querschnittsverringerung beim Walzen so abgestimmt wird, daß eine Orientierung der Höchstwerte des Elastizitätsmoduls im Kristallgitter vorwiegend parallel zur Walzrichtung des Bandes erhalten wird und der Elastizitätsmodulwert des Bandes über 190OO1kg/mm2 liegt.Starting materials for the method of the invention are on the one hand the body-centered cubic alloys of the prior art for springs Technology and, on the other hand, face-centered cubic alloys, the iron or nickel or both elements, optionally together with chromium, cobalt, molybdenum or tungsten, or molybdenum and tungsten and possibly other components such as beryllium, Titanium, carbon, manganese, silicon as well as niobium or other alloy components included, as far as they are based on the range of their modulus of elasticity for spring strips come into question. According to the invention, these starting materials are used for production by spring strips homogenized and quenched in wire form at high temperature, then drawn down cold and then cold rolled into the strip and at 2001 to 600 ° C treated, the ratio of the cross-section reduction amounting to about 80% when drawing to the reduction in cross-section amounting to about 961 / o of the original cross-section is coordinated during rolling so that an orientation of the maximum values of the modulus of elasticity is obtained in the crystal lattice predominantly parallel to the rolling direction of the strip and the elastic modulus value of the tape is over 190OO1kg / mm2.
Es ist vorgeschlagen worden (britische Patentschrift 504 864), Unruhfedern, ausgehend von z. B. Nickel-Eisen-Legierungen, die Chrom, Wolfram, Molybdän, Mangan und in verhältnismäßig geringen Mengen Silizium und Kohlenstoff enthalten, herzustellen durch Ziehen eines Drahtes, Glühen und Abschrecken mit nachfolgendem Ziehen und Walzen zu der Unruhfeder in der Kälte mit nachfolgendem Vergüten auf Temperaturen zwischen 600' und 700° C während '/z bis 7 Stunden, wobei eine gewisse Rekristallisation und also Erweichung und damit eine erhebliche Herabsetzung der Elastizitätsgrenze stattfindet. Bei den für Unruhfedern notwendigerweise extrem hoch liegenden Werten der Querschnittsverminderung (über 99%) wird bei diesem Verfahren eine Unruhfeder erhalten, bei der der Brüchigkeitswert so hoch und die Elastizitätsgrenze so niedrig liegt, daß sie als Triebfeder unbrauchbar ist und also der -Fachmann den in der Vorveröffentlichung vorgeschlagenen Weg für die Herstellung von Unruhfedern als für die Herstellung von Triebfedern ungeeignet ansehen mußte, zumal in der Vorveröffentlichung von einer die hervorragende Brauchbarkeit der Triebfeder gemäß der -Erfindung begründenden Orientierung der Höchstwerte des Elastizitätsmoduls in Walzrichtung nicht die Rede ist und nicht die Rede sein konnte.It has been proposed (British Patent 504 864) to make balance springs, starting from z. B. Nickel-iron alloys, the chromium, tungsten, molybdenum, manganese and contain relatively small amounts of silicon and carbon by drawing a wire, annealing and quenching followed by drawing and Rolling to the balance spring in the cold with subsequent tempering to temperatures between 600 ° and 700 ° C. for 1⁄2 to 7 hours, with a certain amount of recrystallization and thus softening and thus a considerable reduction in the elastic limit takes place. With the values that are necessarily extremely high for balance springs the cross-section reduction (over 99%) becomes a balance spring in this process where the fragility value is so high and the elastic limit is so low lies that it is the mainspring is useless and therefore the specialist the way proposed in the prior publication for the manufacture of balance springs had to be regarded as unsuitable for the production of mainsprings, especially in the prior publication of one which justifies the excellent usefulness of the mainspring according to the invention Orientation of the maximum values of the modulus of elasticity in the rolling direction is out of the question is and could not be the question.
Nach der Erfindung gelingt es nun überraschenderweise, Triebfedern, die nicht nur brauchbar sind, sondern ausgezeichnete und überraschend hohe Werte, z. B. auch des Energiespeichervermögens (Quadrat der Elastizitätsgrenze dividiert durch den Elastizitätsmodul) aufweisen, herzustellen.According to the invention, it is now possible, surprisingly, power springs, which are not only useful, but excellent and surprisingly high values, z. B. also the energy storage capacity (divided by the square of the elastic limit by the modulus of elasticity) have to produce.
Ein bevorzugtes Ausgangsmaterial gemäß der Erfindung ist eine vergütbare Legierung, die in der Hauptsache aus Eisen oder Nickel oder vorzugsweise Eisen und Nickel und gegebenenfalls Kobalt besteht, die Chrom, Wolfram und/oder Molybdän sowie kleine Mengen an die Aushärtung bewirkenden Elementen, wie z. B. Beryllium, Titan, Niob, Kohlenstoff usw., die einzeln oder wahl-,veise kombiniert vorhanden sein können, enthalten kann.A preferred starting material according to the invention is a heatable one Alloy, which mainly consists of iron or nickel or preferably iron and Nickel and optionally cobalt is made up of chromium, tungsten and / or molybdenum as well small amounts of the elements causing the hardening, such as B. beryllium, titanium, Niobium, carbon, etc., which can be present individually or optionally, in combination, may contain.
Die Zusammensetzung dieser Legierungen, die bei dem Verarbeiten nach
der Erfindung zu Federbändern ausgezeichneter Federeigenschaften führen, die den
Vorteil des Nichtrostens besitzen, kann in weiten Grenzen variiert werden. Die erhaltenen
Federbänder weisen gegenüber den bekannten Federbändern einen erhöhten Elastizitätsmodul
auf. Bei der röntgenographischen Texturbestimmung ist eine ausgesprochene Orientierung
der 111-Richtung (Würfeldiagonale) parallel zur Walzrichtung festzustellen; der
Elastizitätsmodul kann z. B. bis 24 000 gesteuert werden, während bei vergleichbaren
Legierungen gemäß dem Stand der Technik Werte von 18 000 bis 19000 als optimale
Werte angesehen werden.
Als kubisch körperzentrierte, für die Erfindung geeignete Legierungen
kommen Stähle in Betracht. Als kubisch flächenzentrierte, für die Erfindung geeignete
Legierungen können mit Vorteil Legierungen folgender Zusammensetzungen verwendet
werden:
Mit gleichem oder ähnlichem Erfolg können auch Legierungen anderer
Zusammensetzungen zur Anwendung gelangen.
Die bekannten Federbänder aus vergütbaren Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen, aber auch die üblich verwendeten Stahlbänder wurden bis anhin am breiten Band bis zu den kleinsten Dicken heruntergewalzt und dann zu schmalen Bändern geschnitten. Alle diese Bänder erreichen Werte des Elastizitätsmoduls von höchstens 210001 kg/mm2 bei Stahl und höchstens 19 000 kg/mm2, meistens nur 17 000 bis 18 000 kg/mm2 bei den modernen vergütbaren Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen.The well-known spring strips made of heat-treatable iron-nickel-cobalt alloys, but also the commonly used steel belts were up to now on wide belts rolled down to the smallest thickness and then cut into narrow strips. All of these tapes achieve values of the modulus of elasticity of at most 210 001 kg / mm2 for steel and a maximum of 19,000 kg / mm2, mostly only 17,000 to 18,000 kg / mm2 the modern heat treatable iron-nickel-cobalt alloys.
Die Nachprüfung der obenerwähnten Vorzüge erfolgte mit den obigen Legierungen 1 und 2, welche folgende Zusammensetzung aufweisen: 1. 60% Ni, 15% Cr, 7'0/a Mo, 1% Be, 1% Ti, 2% Mn-@Si, Rest Fe 2. 40% Co, 12% Cr, 8% Mo, 16°/o Ni, 1'% Ti, 0,811/o Be, 211/o Mn+Si, Rest Fe Von den beiden Legierungen wurde von derselben Schmelze die eine Hälfte des Materials zu breitem Band verarbeitet, die andere Hälfte zu Draht. -Band und Draht wurden vor der letzten Kaltverformung bei der gleichen Temperatur homogenisiert und abgeschreckt. Der Drahtdurchmesser, bei dem die Homogenisierung vorgenommen wurde, betrug 1,0 mm. Von diesem Durchmesser wurde der Draht auf einen Durchmesser von 0,6 mm ohne Zwischenglühung heruntergezogen und anschließend auf eineEnddicke von 0,1 mm zu einem schmalen Band kalt flachgewalzt. Die Enddicke des breiten Bandes betrug ebenfalls 0,1 mm; die totale Kaltverformung nach dem Homogenisieren betrug bei dem breiten und bei dem schmalen, vom Draht flachgewalzten Band 90'%. Aus beiden Bändern wurden Flachfedern von 1,5 mm Breite hergestellt, auf Maximalhärte vergütet und nach der Vergütung die elastischen Eigenschaften bestimmt. Legierung 1 und 2 haben sich dabei ähnlich verhalten.The verification of the above-mentioned merits was made with the above Alloys 1 and 2, which have the following composition: 1. 60% Ni, 15% Cr, 7'0 / a Mo, 1% Be, 1% Ti, 2% Mn- @ Si, remainder Fe 2. 40% Co, 12% Cr, 8% Mo, 16% Ni, 1% Ti, 0.811% Be, 211% Mn + Si, remainder Fe Of the two alloys Half of the material was processed into a wide band from the same melt, the other half to wire. -Band and wire were made before the last cold working homogenized and quenched at the same temperature. The wire diameter, at which the homogenization was carried out, was 1.0 mm. From this diameter the wire was pulled down to a diameter of 0.6 mm without intermediate annealing and then cold-rolled flat to a final thickness of 0.1 mm to a narrow strip. The final thickness of the wide ribbon was also 0.1 mm; the total cold deformation after homogenization, the broad one and the narrow one, rolled flat by the wire Band 90%. Flat springs 1.5 mm wide were made from both bands, tempered to maximum hardness and after tempering the elastic properties are determined. Alloy 1 and 2 behaved similarly.
Die Prüfung der Bänder ergab folgendes Bild: Test 1: röntgenographische Texturbestimmung a) vom Band: keine Würfeldiagonalen in der Walzrichtung b) vom Draht: Häufung der 111-Richtung (Würfeldiagonale in der Walzrichtung) Test 2: Messung des Elastizitätsmoduls a) vom Band: E = 18 000 bis 18 500 kg/mm2 b) vom Draht: E = 21200 bis 24 000 kg/mm2 Test 3: bleibende Verformung nach Biegen um einen Dorn von 3 mm Durchmesser a) vom Band: 2° bis 3° b) vom Draht: 1 ° bis 2° Test 4: 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° (zum Teil kein Bruch) Bei bisher verwendeten Federbändern sowie auch bei aus bekannten vergütbaren Ni-Co-Fe-Legierungen hergestellten Federbändern ist keine Orientierung der 111-Richtung (Würfeldiagonale) parallel zur Walzrichtung zu erkennen. Die Werte des E-Moduls liegen z. B. für das Stahlband bei 20000 bis 21000kg/mm2, bei den am breiten Band gewalzten Ni-Co-Fe-Legierungen bei 17000 bis 19- 000, kg/mm2.. Die plastische Verformung nach Test 3 beträgt bei Stahlband Ibis 3°, bei den Ni-Co-Fe-Legierungen 2 bis 3°.The test of the strips gave the following picture: Test 1: X-ray texture determination a) from the strip: no cube diagonals in the rolling direction b) from the wire: accumulation of the 111 direction (cube diagonal in the rolling direction) Test 2: measurement of the modulus of elasticity a) from the strip: E = 18,000 to 18,500 kg / mm2 b) from the wire: E = 21,200 to 24,000 kg / mm2 Test 3: permanent deformation after bending around a mandrel of 3 mm diameter a) from the strip: 2 ° to 3 ° b) from the wire: 1 ° to 2 ° Test 4: breaking test by bending at a sharp-edged angle of 90 ° a) from the tape: breaking at 55 ° to 60 ° b) from the wire: breaking at 80 ° to 90 ° (sometimes no break ) In the spring strips used up to now, as well as in the spring strips produced from known heat-treatable Ni-Co-Fe alloys, no orientation of the 111-direction (cube diagonal) parallel to the rolling direction can be seen. The values of the E-module are e.g. B. for the steel strip at 20,000 to 21,000 kg / mm2, for the Ni-Co-Fe alloys rolled on the wide strip at 17,000 to 19,000 kg / mm2 .. The plastic deformation according to test 3 is 3 ° for steel strip Ibis, for the Ni-Co-Fe alloys 2 to 3 °.
Test 4 gibt beim Stahlband Bruch bei 50 bis 80°, bei den Ni-Co-Fe-Legierungen bei 50 bis 70°.Test 4 breaks the steel strip at 50 to 80 ° and the Ni-Co-Fe alloys at 50 to 70 °.
Die Vergleiche zeigen überzeugend die überlegenheit, d. h. den technischen Fortschritt, der nach den neuen Verfahren hergestellten Federn gegenüber den nach bekannten Methoden am breiten Band gewalzten Bändern.The comparisons convincingly show the superiority, i.e. H. the technical Progress made by the springs produced by the new process compared to the known methods on wide strip rolled strips.
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