DE1558643B2 - Unmagnetische Nickel-Chrom-Eisen-Legierung und ihre Verwendung fuer Uhrfedern - Google Patents

Description

L 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine unmagnetische Indessen zeigen diese Legierungen hinsichtlich einer

Nickel-Chrom-Eisen-Legierung und ihre Verwendung solchen Verwendung zwei Nachteile. Zunächst würde zur Herstellung von Uhrfedern. die schnelle Änderung des thermoelastischen Koeffi-

Vier wohlbekannte Parameter definieren die Eigen- zienten als Funktion des Nickelgehalts im Bereich, der schäften einer Unruhfeder, es sind: »Der Wärmekoeffi- 5 den Nullwerten dieses Koeffizienten entspricht, um zient«, »der Schwingungskonstanzkoeffizient«, »die eine Legierung von gegebenen Eigenschaften zu er-Lagenabweichung« und »der Sekundärfehler«. halten, eine Verarbeitungsgenauigkeit erfordern, wie

Der »Wärmekoeffizient« ist ein grundlegender Para- man sie allgemein mit den industriellen Produktionsmeter, der die Empfindlichkeit der Feder gegenüber mitteln nicht erreicht. Dies ergibt sich deutlich aus der Schwankungen der Umgefomgstemperatur kennzeich- io Kurve in F i g. 1, wo die Punkte mit dem Koeffizient net. Die anderen drei Parameter werden nicht weiter Null die Punkte A und B sind. Andererseits sind die erläutert, da sie die Erfindung nicht direkt betreffen mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Elasti- und den Uhrenfachleuten gut bekannt sind. zitätsgrenze, dieser Legierungen unzureichend.

Der Wärmekoeffizient ist eine Funktion des thermo- Nun werden diese beiden Nachteile durch Zugabe

plastischen Koeffizienten der für die Herstellung der 15 von Chrom zu Legierungen auf Eisen-Nickel-Basis Feder verwendeten Legierung, wobei dieser thermo- weitgehend abgeschwächt. Insbesondere verringert elastische Koeffizient den Einfluß der Temperatur- sich die thermoelastische Anomalie, und die Kurve von änderungen auf den Wert des Elastizitätsmoduls der F i g. 1 geht nach einer Zugabe von nur 10% Chrom Legierung kennzeichnet. in die Kurve in F i g. 3 über.

Eines der bei der Herstellung einer Unruhfeder an- 20 Daraus ergibt sich, daß man Zusammensetzungsbegestrebten Ziele ist das Erreichen eines Wärmekoeffi- reiche von Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen abgrenzienten Null. Dieses Ziel läßt sich durch Verwendung zen kann, die sich industriell herstellen lassen und den einer Legierung erreichen, die unter den Betriebsbe- Erfordernissen zu genügen vermögen, welche die zur dingungen der Feder einen thermoelastischen Koeffi- Herstellung von Unruhfedern bestimmten Materialien zienten Null aufweist. 25 erfüllen müssen.

Es ist andererseits wohlbekannt, daß die Eisen- Eine herkömmliche Legierung dieses Typs, die im

Nickel-Legierungen eine Anomalie des thermoelasti- Mittel außer Eisen gewichtsmäßig 32% Nickel, 10% sehen Koeffizienten zeigen, die insbesondere im Zu- Chrom, 3,5 % Wolfram und Zusätze von 0,7%Kohsammenhang mit den F ig. Ibis 3 erläutert werden soll, lenstoff, 0,3 % Silizium und 1,9% Mangan enthält, F i g. 1 zeigt für eine feststehende Temperatur von 30 wurde zur Verwendung in der Uhrenindustrie heraus-50° C die Änderung des thermoelastischen Koeffizien- gebracht.

ten (XlO⁶)- genauer gesagt des scheinbaren Wärme- Außerdem ist eine Uhrfederlegierung aus 53 bis

koeffizienten des Torsionsmoduls — als Funktion des 64 % Eisen, 30 bis 36 % Nickel, 4 bis 5 % Chrom, Gewichtsprozentanteils an Nickel in den Eisen-Nickel- 1 bis 3 % Wolfram, 0,5 bis 1 % Kohlenstoff sowie Legierungen; 35 0,5 bis 2% Mangan und Silizium bekannt.

F i g. 2 zeigt für _eine Eisen-Nickel-Legierung mit Unter Berücksichtigung der Wechselbeziehung zwi-

32% Nickel die Änderung des thermoelastischen sehen der thermoelastischen Anomalie und der ma-

Koeffizienten (XlO⁶) als Funktion der Temperatur; gnetischen Umwandlung am Curie-Punkt wurde all-

F i g. 3 entspricht der in F i g. 1 dargestellten Kurve gemein angenommen, daß dieser Legierungstyp mit

für Eisen-Nickel-Legierungen mit zusätzlich 10 Ge- 40 einem thermoplastischen Koeffizienten NuE einen

wichtsprozent Chrom. ziemlich starken Magnetismus verband. Nun ist aber

Bestimmte Legierungen mit hohem Nickelgehalt diese Doppeleigenschaft für Materialien unzulässig,

weisen in bestimmten Temperaturbereichen einen aus denen Federn von Uhren mit nicht mehr mechanideutlich positiven thermoelastischen Koeffizienten auf, schem, sondern elektrischem Gangwerk bestehen sol-

während dieser Koeffizient allgemein negativ ist. 45 len. Tatsächlich müssen die Unruhfedern eine Wärme-

Dieser thermoelastische Koeffizient ändert sich bei koeffizienten Null haben und unmagnetisch sein, einer gegebenen Temperatur beträchtlich als Funktion Die Erfindung betrifft eine wesentliche Verbesserung

des Nickelgehalts der Legierung. Der Verlauf dieser der gewöhnlich verwendeten Eisen-Nickel-Legierungen, Änderung wird durch die Kurve in F i g. 1 für einen wodurch sie zur Herstellung von Federn für Uhren mit Bereich von Nickelgehalten zwischen etwa 30 und 5o elektrischem Gangwerk geeignet werden. 70% und eine Temperatur von 5O⁰C veranschaulicht. Gegenstand der Erfindung ist eine unmagnetische

Der thermoelastische Koeffizient ändert sich bei Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, bestehend aus 27,4% einem gegebenen Nickelgehalt ebenfalls als Funktion Nickel, 5,7 % Chrom, 0,7 % Kohlenstoff, 0,3 % SiIider Temperatur. Ein Beispiel dieser zweiten Änderung zium, 1,9% Mangan, 3,5% Wolfram, Rest Eisen, wird durch die Kurve in F i g. 2 für eine Legierung mit 55 Außerdem ist Gegenstand der Erfindung die Ver-32% Nickel wiedergegeben. Wendung dieser Legierung als Werkstoff zur Herstel-

Für eine gegebene Legierung steht die thermo- lung von Uhrfedern.

elastische Anomalie in Wechselbeziehung mit der ma- Die Erhöhung der Gehalte an Wolfram, Silizium

gnetischen Umwandlung am Curie-Punkt. Genauer und Mangan gegenüber der zuletzt genannten bekanngesagt ist die Temperatur, bei welcher der thermo- 60 ten Legierung führt zur gewünschten Senkung des elastische Koeffizient Null ist oder einen sehr geringen Curie-Punkts ohne Beeinträchtigung des gleichzeitig Absolutwert hat, allgemein wenig von der des Curie- gewünschten niedrigen thermoelastischen Koeffizienten Punkts der Legierung verschieden. der erfindungsgemäßen Legierung, bei der auch der be-

Auf Grund der Existenz dieser Anomalie kann man stimmte Kohlenstoffgehalt wegen des entsprechenden Eisen-Nickel-Legierungen finden, deren thermoela- 65 Ausmaßes der Chrom- und Wolframkarbidbildung stischer Koeffizient praktisch Null ist und die also wichtig ist.

theoretisch für die Herstellung von Unruhfedern ver- Sie besitzt die Kombination der üblicherweise für

wendet werden können. Unruhfedern geforderten Eigenschaften. Außerdem

liegt der Curie-Punkt dieser Legierung im Anlaßzustand bei -f29°C, also sehr nahe der Umgebungstemperatur.

Im Verwendungszustand befindet sich die Legierung praktisch an der unteren Grenze des unmagnetischen Bereichs. Sie läßt sich von Magneten nicht anziehen.

Eine herkömmliche Legierung für Unruhfedern hätte dagegen einen Curie-Punkt nahe 100 bis 120⁰C und ließe sich vom Magneten deutlich anziehen.

In dem betrachteten Beispiel wird die sehr merkliche Senkung des Curie-Punkts durch eine gleichzeitige und sorgfältig abgestimmte Verringerung der Nickel- und Chromgehalte im Vergleich zu den üblichen Gehalten der herkömmlichen Legierung erzielt, die bei 32 bzw. 10 °/o liegen.

Diese Verminderung ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, und es wurde gefunden, daß die Nickel- und Chromgehalte der so definierten neuen Legierungsgruppe innerhalb folgender Grenzen gewählt werden müssen. ao

26 bis 29% Nickel,
5 bis 8,5% Chrom,

wobei diese Legierungen außerdem in mit denen der herkömmlichen Legierungen vergleichbaren Mengen Zusätze von Kohlenstoff, Silizium, Mangan und Wolfram enthalten.

Außerdem wurde gefunden, daß ein sekundärer Effekt der gleichzeitigen Verminderung des Nickels und Chroms die Möglichkeit ist, durch Kombination einer Kaltverformung und einer geeigneten Wärmebehandlung die Elastizitätsgrenze einer aus dem neuen Legierungstyp hergestellten Spiralfeder zu verbessern.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Unmagnetische Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, bestehend aus 27,4 % Nickel, 5,7 % Chrom, 0,7% Kohlenstoff, 0,3 % Silizium, 1,9% Mangan, 3,5% Wolfram, Rest Eisen.

2. Verwendung der Legierung nach Anspruch 1 als Werkstoff zur Herstellung von Uhrfedern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen