JP2000275093A - Elactic component for precise measuring equipment and its manufacturing method - Google Patents

Elactic component for precise measuring equipment and its manufacturing method

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JP2000275093A
JP2000275093A JP8019799A JP8019799A JP2000275093A JP 2000275093 A JP2000275093 A JP 2000275093A JP 8019799 A JP8019799 A JP 8019799A JP 8019799 A JP8019799 A JP 8019799A JP 2000275093 A JP2000275093 A JP 2000275093A
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JP
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component according
component
alloy
nitrogen
less
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Japanese (ja)
Inventor
Maurice Terenbaha Jean
モーリス テレンバハ ジャン
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Mettler Toledo GmbH Germany
Original Assignee
Mettler Toledo AG
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To set a load and deformation by the load to linear relationship for preventing hysteresis by allowing the alloy of an austenite metal with a specific composition to be subjected to solution treatment and hardening, by applying mechanical stress for generating cold curing on forming, and by performing heat curing. SOLUTION: A raw material is the alloy of an austenite metal containing an interstitial atom, contains ferrite by 2% or less, martensite by 2% or less, and chromium by 11% or more, and has crystal structure with nm structure where transformation is fixed. At least one part of the formation of parts consists of cold working, mechanical surface machining, or their combination, and is subjected to plastic deformation of 10% or more by the depth of 50 μm. Then, the heat curing is made at 480 deg.C or less for five hours or more. The parts thus obtained have superior corrosion resistance, thus eliminating the need for surface treatment such as coating. Also, there are no protection layers, thus eliminating poor influence to elastic characteristics, and achieving easy handling on manufacture and use.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は、測定機器の製造における合金鋼
の応用および処理の分野に属する。また本発明は、精密
計器に用いる弾性部品とその製造方法および使用方法に
関する。
TECHNICAL FIELD The present invention belongs to the field of application and processing of alloy steels in the manufacture of measuring instruments. The present invention also relates to an elastic component used for a precision instrument, and a method of manufacturing and using the same.

【0002】[0002]

【背景技術】測定機器の製造において、ある種の部品要
素には、その機械的特性に対し、厳しい要求が課せられ
る。そのような要素の代表例は、高精度秤のロードセル
に使用されるたわみガイド、たわみ継手、たわみピボッ
トである。あるいは、これらに関連したセンサを備えた
力/変位変換器もその例である。力/変位変換器の場
合、力と変位の関係の直線性と機械的特性の再現性を得
ることが主な課題となる。本発明の範囲にあるすべての
要素について、遅延弾性 (擬弾性) とクリープと機械的
ヒステリシスを最小にすることが共通の課題となる。さ
らに、これらの要素は耐食性を有する必要があり、非磁
性であることが好ましい。
BACKGROUND OF THE INVENTION In the manufacture of measuring instruments, certain component elements are subject to strict requirements on their mechanical properties. Representative examples of such elements are flexure guides, flexure joints, flexure pivots used in high precision scale load cells. Alternatively, a force / displacement transducer with sensors associated therewith is an example. In the case of a force / displacement converter, the main challenge is to obtain linearity of the relationship between force and displacement and reproducibility of mechanical characteristics. For all elements within the scope of the present invention, it is a common task to minimize retarded elasticity (pseudoelasticity), creep and mechanical hysteresis. Furthermore, these elements must be corrosion resistant and are preferably non-magnetic.

【0003】高性能の精密測定機器たとえば精密秤の高
性能ロードセルに使用する前記の種類の部品は、主にマ
ルテンサイト系析出硬化形ステンレス鋼製である。通
常、この鋼は、溶体化処理し、450〜550℃でエー
ジングを行う。市販のこの種のステンレス鋼には、たと
えば17−7PH、17−4PH、13−8Moなどが
ある。これらは、クリープがほぼゼロであるが、ヒステ
リシスが大きいという問題がある。すなわち、加重と除
去を短時間内に続けて行うとき、変形はほとんど残留し
ないが、荷重/変位を示すグラフにおける荷重を増加し
た時の曲線と減少した時の曲線が一致しないわけであ
る。この材料から作られる部品は、バッチ間の変動や、
材料が受ける熱処理、温度、使用荷重によって程度の差
はあるが、1×10-4〜5×10-4の機械的ヒステリシ
スを示す。この程度のヒステリシスは、適当な手段によ
り減少させるか部分的に補償することもできるが、完全
になくすことはできないため、望ましくない影響が残
る。
[0003] Parts of the above-mentioned type used in high-performance precision measuring instruments, for example, high-performance load cells of precision balances, are mainly made of martensitic precipitation hardening stainless steel. Usually, this steel is solution-treated and aged at 450 to 550 ° C. Commercially available stainless steels of this type include, for example, 17-7PH, 17-4PH, 13-8Mo, and the like. These have almost zero creep, but have a problem of large hysteresis. That is, when the load and the removal are continuously performed within a short time, the deformation hardly remains, but the curve when the load increases and the curve when the load decreases in the graph showing the load / displacement do not match. Parts made from this material can vary from batch to batch,
The degree of mechanical hysteresis is 1 × 10 −4 to 5 × 10 −4 , although the degree varies depending on the heat treatment, temperature, and working load applied to the material. This degree of hysteresis can be reduced or partially compensated for by appropriate measures, but cannot be eliminated completely, leaving undesirable effects.

【0004】従来の技術において、この悪影響を克服す
るために多くの解決法が提案されている。解決法は、純
粋に数学的な誤差の補償(アメリカ特許第469129
0号)あるいは接続用固定部品(DE−U−29612
167)やセンサの設計の工夫による補償に関するもの
から、特殊な合金や、ブロッホの壁(磁壁)の摩擦防止
のために格子の構造やセルの形状寸法に影響を与える方
法(JP−A−59126760、DE−A−4034
629)に関するものまで多岐にわたる。
Many solutions have been proposed in the prior art to overcome this adverse effect. The solution is to compensate for purely mathematical errors (US Pat. No. 469,129).
No. 0) or fixed parts for connection (DE-U-29612)
167) and the method of compensating for the design of the sensor, a method of influencing the structure of the lattice or the shape and dimensions of the cell to prevent friction of a special alloy or a Bloch wall (magnetic wall) (JP-A-59126760). , DE-A-4034
629).

【0005】しかし、これらの解決法には、コストが高
い、再現性が十分でない、あるいはある種の弾性特性に
悪影響を及ぼすなどの問題がある。ヒステリシスを解消
する他の可能性として、オーステナイト鋼の使用が考え
られる。しかし、市販のオーステナイト鋼は耐食性を有
するように最適化されており、弾性特性が不十分であ
る。それゆえ、冷間加工後はばねの製造に適するが、ク
リープを起こしやすいため、変換器の製造には適さな
い。また、高温においてより大きな降伏応力に耐えうる
新しいオーステナイト鋼も開発されているが、そのクリ
ープ特性は、従来のものと同様、満足できるものではな
い。さらに、鋼の磁気特性において、別の問題が起こ
る。特に秤や、力あるいは力が関係する変位を測定する
精密測定機器では、その測定値に磁界からの影響が及ぶ
ことを無視できない。したがって、精密測定機器の構成
要素を非磁性とすることが要求される。
However, these solutions have problems such as high cost, poor reproducibility, or adversely affecting certain elastic properties. Another possibility of eliminating hysteresis is to use austenitic steel. However, commercially available austenitic steels are optimized for corrosion resistance and have poor elastic properties. Therefore, it is suitable for manufacturing a spring after cold working, but is not suitable for manufacturing a converter because it is apt to creep. Also, new austenitic steels that can withstand higher yield stress at high temperatures have been developed, but their creep properties are not as satisfactory as the conventional ones. Further, another problem arises in the magnetic properties of steel. In particular, in the case of a balance or a precision measuring instrument for measuring a force or a displacement related to a force, it cannot be ignored that the measured value is affected by a magnetic field. Therefore, it is required that the components of the precision measuring instrument be made non-magnetic.

【0006】[0006]

【発明の開示】したがって、本発明の目的は、加えられ
た荷重による変形がその荷重とリニアな関係にあり、ほ
ぼ完全に可逆的で、かつヒステリシスを起こさないよう
にした、耐食性を有する非磁性の装置を提供することに
ある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a corrosion-resistant, non-magnetic, non-magnetic material in which deformation due to an applied load is linearly related to the load, is almost completely reversible, and does not cause hysteresis. Device is provided.

【0007】本発明は、部品に機械的応力がかかる測定
機器に用いる弾性部品を提供することによってこの問題
を解決する。本発明による部品は、 a)格子間原子を含むオーステナイト金属の合金から成
り、その全重量に対し、フェライト2%以下、マルテン
サイト2%以下、クロム11%以上を含有し、転位が固
定されたナノ構造をもつ結晶質組織を有し b)合金に、溶体化処理と、焼入れを施した後、その合
金を用いて ・その合金で部品を成形し、その際少なくとも局部的に
冷間硬化を起こす機械的応力をかけること ・200〜700℃の範囲で熱硬化を施すこと から成る工程で製造される。
[0007] The present invention solves this problem by providing an elastic component for use in a measuring instrument in which the component is subjected to mechanical stress. The component according to the invention comprises: a) an alloy of austenitic metal containing interstitial atoms, containing, by total weight, up to 2% of ferrite, up to 2% of martensite, up to 11% of chromium and fixed dislocations. B) The alloy has a crystalline structure with a nanostructure. B) The alloy is subjected to solution treatment and quenching, and then the alloy is used.-A part is formed from the alloy, and at least locally cold hardening is performed. Applying the mechanical stress that occurs. Manufactured in a process that consists of subjecting to thermal curing in the range of 200-700 ° C.

【0008】この部品は、高い分解能を有する秤のよう
な精密測定機器に用いるために重要である。この部品は
それ自体、応力とひずみの関係あるいは荷重と変位の関
係を用いる変換器やセンサなどにおいて測定値を得るの
に役立つ。また、ピボット、ガイド、継手などに使用で
きる。
This part is important for use in precision measuring instruments such as scales having high resolution. As such, this component is useful for obtaining measurements in transducers and sensors that use the stress-strain relationship or the load-displacement relationship. It can also be used for pivots, guides, joints, etc.

【0009】このような部品を使用することにより、さ
らに a)質量、重量、力、トルク、角度、変位などを測定す
るための弾性部品を組み込んだトランスデューサ b)弾性部品を組み込んだ精密測定機器に使用される運
動案内機構 c)力の導入線となる局部的な肉薄部分を有する弾性部
品として精密測定機器に使用される連結要素 d)回動軸となる局部的な肉薄部分を有する弾性部品と
して精密測定機器に使用されるピボット要素 を製造するための方法を提供する。
By using such components, a) a transducer incorporating elastic components for measuring mass, weight, force, torque, angle, displacement, etc., b) a precision measuring instrument incorporating elastic components A motion guide mechanism used c) a coupling element used in precision measuring instruments as an elastic part having a local thin part serving as a line for introducing force d) as an elastic part having a local thin part serving as a rotation axis Provided is a method for manufacturing a pivot element used in a precision measuring instrument.

【0010】本発明の弾性部品は、構造がオーステナイ
ト系である合金を材料とし、特に合金鋼が好ましい。フ
ェライトおよび/またはマルテンサイトの割合は2%以
下で、それによりこの鋼の非磁性を確実にしている。ク
ロムの含有量は11重量%以上で、それにより必要な耐
食性をこの鋼に与えている。結晶質組織は、転位を定着
させるナノ構造を有しているため、ヒステリシスと遅延
弾性とクリープが低く抑えられている。
The elastic component of the present invention is made of an alloy whose structure is an austenitic material, and alloy steel is particularly preferable. The proportion of ferrite and / or martensite is less than 2%, thereby ensuring the non-magnetism of the steel. The chromium content is above 11% by weight, thereby giving the steel the required corrosion resistance. Since the crystalline structure has a nanostructure for fixing dislocations, hysteresis, retarded elasticity, and creep are suppressed to a low level.

【0011】その特殊な結晶質組織は、部品の成形の間
に行われる冷間硬化と、成形後のエージング(熱硬化、
析出硬化)から成る硬化工程において生じる。
[0011] The special crystalline structure is formed by cold hardening performed during molding of parts and aging after molding (thermal curing,
(Precipitation hardening).

【0012】本発明の方法による弾性部品を製造する原
材料は、格子間原子を含むオーステナイト系ステンレス
合金で、すでに溶体化処理と焼入れが施されたものであ
る。材料は、クロムを十分に多く含有し、耐食性を高め
るために他の元素が添加され、格子間原子を供給するた
めに十分な量の窒素または他の適当な元素を含有した鉄
合金またはニッケル合金のいずれかから選択する。この
原材料から、部品は、従来の金属加工技術によって製造
される。部品の成形は、一回あるいは複数の工程で行
う。部品の製造工程は、少なくともその一部は、冷間加
工または機械的な表面加工または両者の組み合わせから
成る。このような処理を施すと、処理された区域の転位
密度が高まるため、材料が硬化する。次いで、いわゆる
エージング(これ以降「熱硬化」という)を200〜7
00℃の温度範囲で部品全体に施すと、転位を定着させ
るために役立ち、弾性特性に良い影響を与える。
The raw material for producing the elastic part according to the method of the present invention is an austenitic stainless alloy containing interstitial atoms, which has been subjected to solution treatment and quenching. The material contains iron or nickel alloys that contain enough chromium, other elements added to increase corrosion resistance, and a sufficient amount of nitrogen or other suitable elements to supply interstitial atoms. Choose from any of From this raw material, parts are manufactured by conventional metalworking techniques. The molding of the part is performed once or in a plurality of steps. The manufacturing process of the part consists, at least in part, of cold working or mechanical surfacing or a combination of both. Such a treatment increases the dislocation density in the treated area and hardens the material. Next, the so-called aging (hereinafter referred to as “thermosetting”) is performed for 200 to 7
When applied to the entire part in a temperature range of 00 ° C., it is useful for fixing dislocations, and has a good effect on elastic properties.

【0013】成形工程において、10%以上の塑性変形
を少なくとも50μmの深さまで施せば、特に有益な特
性が得られる。したがって、局部的に肉薄にされた部品
の部分に、次いで熱硬化を施すと、連結要素とピボット
要素の場合と同様、優れた弾性特性を与えることができ
る。
[0013] Particularly useful properties are obtained if a plastic deformation of at least 10% is applied to a depth of at least 50 μm in the forming step. Therefore, when the locally thinned part is subsequently heat-cured, excellent elastic properties can be imparted, as in the case of the coupling element and the pivot element.

【0014】熱硬化は、480℃以下で5時間以上かけ
て行い、ただし処理時間を長くしすぎて耐食性を許容で
きないほど低下させないようにすれば、弾性特性に関
し、特に有益な効果がある。
Thermal curing is carried out at 480 ° C. or less for more than 5 hours, provided that the treatment time is not too long so as not to unacceptably reduce the corrosion resistance, which has a particularly beneficial effect on the elastic properties.

【0015】部品の個々の実施例で得られる他の有利な
点については、以下に述べる。
[0015] Other advantages that can be obtained with individual embodiments of the component are described below.

【0016】本発明の方法で製造された弾性部品は、精
密測定機器に応用するのが特に適している。それゆえ、
測定値を得るために力と変位の関係あるいは応力と変形
の関係における高度の直線性に依存するトランスデュー
サに使用できる。または、自由な運動にある程度制限を
加える一方、その他には全く制限を加えない運動案内機
構に使用してもよい。または、力を伝達する連結要素と
して、あるいは回動動作の中心を成すピボット要素とし
て、局部的に肉薄な部分を有する精密測定機器の要素に
用いるのに適している。高精度の天秤において、このよ
うな部品は個々にあるいは組み合わせて使用される。
The elastic parts produced by the method according to the invention are particularly suitable for application in precision measuring instruments. therefore,
It can be used with transducers that rely on a high degree of linearity in the relationship between force and displacement or the relationship between stress and deformation to obtain measurements. Alternatively, the present invention may be used for a motion guide mechanism that limits the free motion to some extent, but does not restrict the motion at all. Alternatively, it is suitable for use as an element of a precision measuring instrument having a locally thin portion as a coupling element for transmitting a force or as a pivot element which is a center of a pivoting operation. In precision balances, such components are used individually or in combination.

【0017】本発明は、耐食性と非磁性に加え所望の弾
性特性を備えた部品を得るため、以下のことを考慮して
いる。すなわち、機械的ヒステリシスの原因が主に結晶
構造内の磁気弾性効果とブロッホの壁が起こす摩擦に求
められることは知られている。ブロッホの壁を定着させ
れば、ヒステリシスを減少させることができる。しか
し、これはクリープ行動の悪化や耐食性の低下を招くた
め、この方法を採用することは困難である。
The present invention takes the following into consideration in order to obtain a component having desired elastic properties in addition to corrosion resistance and non-magnetic properties. That is, it is known that mechanical hysteresis is mainly caused by the magnetoelastic effect in the crystal structure and the friction caused by the Bloch wall. Hysteresis can be reduced by fixing the Bloch wall. However, this leads to deterioration of creep behavior and deterioration of corrosion resistance, so that it is difficult to adopt this method.

【0018】第二の可能性としては、磁場の発生により
ブロッホの壁を消滅させるという方法がある。しかし、
漂遊磁界を著しく増加させることなく信頼性を高めよう
とすれば、この方法もやはり問題があり、かつ相当コス
ト高になる。
A second possibility is to eliminate the Bloch wall by generating a magnetic field. But,
This approach is also problematic and considerably more costly if one seeks to increase reliability without significantly increasing stray magnetic fields.

【0019】第三の可能性としては、このような問題を
回避するため、不要なブロッホの壁をもたない鋼を使用
するという方法が考えられる。この方法で使用する鋼
は、透磁性が極めて小さい常磁性のオーステナイト系ス
テンレス鋼であり、この鋼は実質的に非磁性である。し
かし、このタイプの鋼は、遅延弾性があり、耐クリープ
性がないという欠点がある。(遅延弾性とは、一定の荷
重が加わると変形が時間の経過とともに増加し、その荷
重を除去すると変形の解消までに同じだけの時間を要す
ることをいう。クリープとは、これと異なり、不可逆的
な永久変形を生ずることをいう。)変形は、室温で数分
間に5×10-4〜5×10-2程度である。しかし、わず
かな遅延弾性やクリープであっても、たとえば高精度の
秤などの精密測定機器に使用されるロードセル以外の部
品の特性としては重大な意味をもつ。
A third possibility is to use steel without unnecessary Bloch walls in order to avoid such problems. The steel used in this method is a paramagnetic austenitic stainless steel with very low permeability, which is substantially non-magnetic. However, this type of steel has the disadvantage that it has retarded elasticity and does not have creep resistance. (Delayed elasticity means that when a certain load is applied, the deformation increases with the passage of time, and when the load is removed, it takes the same amount of time to eliminate the deformation. Unlike the creep, irreversible The deformation is about 5 × 10 −4 to 5 × 10 −2 in a few minutes at room temperature. However, even a slight retardation elasticity or creep has a significant meaning as a characteristic of components other than the load cell used in precision measuring equipment such as a high-precision balance.

【0020】本発明による弾性部品は、−20℃までの
範囲で安定している耐食性のあるオーステナイト金属合
金製、好ましくは合金鋼製で、磁気やヒステリシスに対
する高い自由度を実現した。遅延弾性やクリープに関す
る好ましくない特性は、独自の処理により大幅に改善し
た。
The elastic part according to the invention is made of a corrosion-resistant austenitic metal alloy, preferably of alloy steel, which is stable up to -20 ° C. and has a high degree of freedom for magnetism and hysteresis. Unfavorable properties related to retardation elasticity and creep have been greatly improved by the unique treatment.

【0021】適した基材の例としては、窒素を含有した
市販のオーステナイト系ステンレス鋼(たとえば「18
−18プラス」と呼ばれるもの)か、所定の用途に好ま
しい特性を有するように最適化されたこれと類似の鋼で
ある。この材料は、異形棒、厚板、薄板など、その後の
工程に適した形状とすることができる。合金の成分は、
クロム17〜19%、これと同量のマンガン、窒素0.
4〜0.6%、炭素最大15%で、さらにモリブデン約
1%と銅2%以下を含有する。場合によっては、析出物
の形成を防ぎ、耐食性を改善するなどの目的で、さらに
Nb、V、W、Ti、Ta、Zr、Al、Bなどの合金
成分を、0.05%以上の範囲で添加してもよい。
Examples of suitable substrates include commercially available austenitic stainless steels containing nitrogen (eg, “18”).
-18 plus) or similar steels optimized to have desirable properties for a given application. The material can be in a shape suitable for subsequent processing, such as a profiled bar, plank, sheet, etc. The components of the alloy are
17-19% of chromium, the same amount of manganese and nitrogen.
It contains 4 to 0.6%, up to 15% carbon, and contains about 1% molybdenum and less than 2% copper. In some cases, alloy components such as Nb, V, W, Ti, Ta, Zr, Al, and B are further added in a range of 0.05% or more for the purpose of preventing the formation of precipitates and improving corrosion resistance. It may be added.

【0022】前記の割合は、下記の場合と同様、全重量
に占める重量パーセントである。オーステナイト鋼の組
成は、成分が異なっていてもよい。重要なことは、耐食
性を高めるために十分な量のクロムを含有し、高温にお
ける窒素の溶解度を高めるためにマンガンを含有し、窒
素と炭素の含有量は合わせて0.2%以上で、かつ窒素
のほうが炭素より多いということである。鉄合金の代わ
りにニッケル合金を用いることも可能であるが、経済的
な観点からあまり魅力がない。以下、本発明を鉄合金を
例に挙げて説明する。
The above proportions are weight percentages of the total weight, as in the following case. The composition of the austenitic steel may have different components. Importantly, it contains a sufficient amount of chromium to increase corrosion resistance, contains manganese to increase the solubility of nitrogen at high temperatures, the total content of nitrogen and carbon is 0.2% or more, and That is, there is more nitrogen than carbon. It is possible to use a nickel alloy instead of an iron alloy, but it is not very attractive from an economic point of view. Hereinafter, the present invention will be described using an iron alloy as an example.

【0023】ステンレス鋼の母材、すなわち磁区の主要
な部分と同一の組成と結晶構造を有する材料は、完全に
オーステナイトでなければならない。材料を均質化し、
析出物を溶解するためには、鋼を1050〜1250℃
で鍛造、熱間圧延し、ビレットの溶体化処理をその厚さ
に応じて1050〜1150℃で10〜60分間行い、
焼き入れを毎分50℃以上のペースで500℃以下にな
るまで行うことによって、材料が腐食するおそれのある
700〜900℃周辺の臨界温度になることを避けるよ
うにするのが好ましい。この処理によって、溶融物の冷
却後にまだ残っている微量のマルテンサイト、フェライ
ト、クロム/鉄/マンガンの窒化物を除去し、耐食性を
保つことができる。
The stainless steel base material, that is, a material having the same composition and crystal structure as the main part of the magnetic domain, must be completely austenitic. Homogenize the material,
To melt the precipitates, the steel must be heated to 1050-1250 ° C.
Forging, hot rolling, solution treatment of the billet is performed at 1050 to 1150 ° C. for 10 to 60 minutes according to its thickness,
The quenching is preferably performed at a rate of 50 ° C. or more per minute to 500 ° C. or less to avoid a critical temperature around 700 to 900 ° C. where the material may corrode. By this treatment, trace amounts of martensite, ferrite, and chromium / iron / manganese nitride still remaining after cooling the melt can be removed, and corrosion resistance can be maintained.

【0024】工作物は、押し出された素材から、切削、
打ち抜き、フライス、旋削などの従来の工程によって製
造される。工作物は、その後、少なくとも機械的な表面
処理または冷間成形、またはこの両方を含む最終成形工
程を経て部品の最終形状に成形される。原材料からの部
品の成形は、単一の工程で行ってもよい。
The workpiece is cut from the extruded material.
Manufactured by conventional processes such as punching, milling and turning. The workpiece is then formed into the final shape of the part through a final forming step that includes at least mechanical surface treatment and / or cold forming. Forming the part from raw materials may be performed in a single step.

【0025】たとえば、図1は、秤の荷重受け部用平行
運動機構のガイド18の平面図である。この三角形の物
体は、切欠き部12と3個の固定用孔15を有する。部
品全体を薄板鋼から単一の工程で打ち抜いて成形しても
よい。打ち抜きの型は、たわみピボット13を一つの工
程で3か所に形成するように設計してもよい。次の工程
では、たわみピボットを圧延によって形成する。最後の
成形工程には、サンドブラスティングのような表面処理
を付加してもよい。図2は、薄肉部分の1つの断面を示
している。固定用孔15とたわみピボット13は、ガイ
ド18の残りの部分につながっている。もちろん、たわ
みピボット13は、独立した部品として製造し、適当な
方法でガイド本体に接続してもよい。独立した部品とし
て製造したたわみピボットは、秤の回動要素または接続
要素として異なる作用を果たすように用いてもよい。
For example, FIG. 1 is a plan view of a guide 18 of a parallel movement mechanism for a load receiving portion of a balance. This triangular object has a notch 12 and three fixing holes 15. The entire part may be stamped and formed from sheet steel in a single step. The punching die may be designed so that the flexure pivots 13 are formed in three places in one step. In the next step, the deflection pivot is formed by rolling. A surface treatment such as sandblasting may be added to the final molding step. FIG. 2 shows one section of the thin part. The fixing hole 15 and the flexure pivot 13 are connected to the rest of the guide 18. Of course, the flexure pivot 13 may be manufactured as a separate component and connected to the guide body in any suitable manner. A flexure pivot manufactured as a separate part may be used to perform different functions as a pivoting or connecting element of the scale.

【0026】前記の例におけるたわみ部分を形成する場
合と同様、材料にかかる大きな加工応力は、生の工作物
を製造する時点で、すでに発生していることもある。そ
の例は、図3に側面図を示したロードセル21である。
ロードセルは基本的に、固定用孔25を有する固定部2
6と、同様に固定用孔25を有する荷重受け部27と、
両者の間に設けられた平行ガイド28から成る。この例
の場合、狭い接続部分23は、ピボットとして作用する
と同時に、ひずみゲージ24でその変形が記録されるば
ねとしても作用する。ロードセルは、方形の断面を有す
る棒材から製造する。まず、粗削りした工作物を、曲が
りを除去するために1〜2%以上引き延ばし、塑性変形
させる。この部品の形状と作用を決める切欠き部22
は、ドリル加工かフライス加工によってつくられる。外
側の面も、少なくとも接続部分23は、機械仕上げされ
る。機械仕上げで起こる塑性変形は、表面で最大となり
深部へ行くほど小さくなる。したがって、条件の最適化
は、ロードセルの使用時に最大の応力が発生する箇所で
ある表面の弾性特性に対して行うことになる。
As in the case of forming the flexures in the above example, large working stresses on the material may already have occurred at the time of manufacturing the raw workpiece. An example is the load cell 21 whose side view is shown in FIG.
The load cell is basically a fixing part 2 having a fixing hole 25.
6, a load receiving portion 27 also having a fixing hole 25,
It comprises a parallel guide 28 provided between them. In this example, the narrow connection portion 23 acts as a pivot and at the same time as a spring whose deformation is recorded by the strain gauge 24. The load cell is manufactured from a bar having a square cross section. First, the roughly cut workpiece is stretched by 1 to 2% or more to remove bending, and is plastically deformed. Notch 22 that determines the shape and operation of this part
Are made by drilling or milling. The outer surface, at least the connection part 23, is also machined. The plastic deformation that occurs during mechanical finishing is maximized at the surface and becomes smaller as going deeper. Therefore, the optimization of the conditions is performed with respect to the elastic properties of the surface where the maximum stress occurs when the load cell is used.

【0027】表面を加工することにより、少なくとも5
0μmの深さに達する局部的な永久変形(10%を超え
ていることが望ましい)が起こる。鍛造、圧延、プレ
ス、深絞り、曲げなどを含む冷間成形を行うと、その影
響は、大抵の場合、部品各部の断面全体に及ぶ。冷間硬
化を行うと、転位密度が増加するので、降伏応力が増加
する。したがって、冷間硬化を用いるのは少なくとも、
使用時に部品のなかで最大の応力を受ける部分、すなわ
ち実施例において肉薄になっている部分に対してであ
る。冷間硬化を行うと転位密度が増加するので、引き続
いて施す高温時効における原子の拡散、特に格子間原子
の拡散が容易になる。
By processing the surface, at least 5
Local permanent deformation (preferably greater than 10%) occurs to a depth of 0 μm. The effects of cold forming, including forging, rolling, pressing, deep drawing, bending, etc., often have an effect on the entire cross section of each part of the part. Performing cold hardening increases the dislocation density, thereby increasing the yield stress. Therefore, at least using cold curing,
This is the part of the component that is subjected to the maximum stress during use, that is, the part that is thinned in the embodiment. Since cold-hardening increases the dislocation density, the diffusion of atoms, particularly the diffusion of interstitial atoms, during the subsequent high-temperature aging is facilitated.

【0028】製造工程の最後に行われる熱処理では、完
成品は析出硬化されるため弾性特性が改善され、特に遅
延弾性が減少し、クリープは実質的にゼロになってい
る。しかし、この場合、耐食性の低下を避けることが問
題になる。
In the heat treatment performed at the end of the manufacturing process, the finished product is precipitated and hardened, so that the elastic properties are improved, especially the retarded elasticity is reduced, and the creep is substantially zero. However, in this case, it is a problem to avoid a decrease in corrosion resistance.

【0029】図4は、熱硬化の限界を、温度対時間のグ
ラフにおいて示す。温度の上限41は700℃である。
この上限を超えると、粗い析出物が短時間で生成される
ことを抑制できなくなる。上限以下の温度であれば、工
程は制御可能である。上限に近い範囲では、相当な高温
が窒化物の生成を促すため、クロムの拡散が容易であ
る。したがって、処理時間が長すぎると、クロムが析出
物の周囲に堆積し、周辺領域における母材のクロム含有
量が11%未満に低下するため、腐食しやすくなる。そ
のため、相反関係にある温度対時間の曲線42に従って
推移することが重要である。処理温度と処理時間を示す
座標がそれぞれ、この曲線の上方と右側にある場合、耐
食性が保証されない。ただし、限界曲線42および温度
軸と時間軸が示す値は、座標の位置と曲線の形が個々の
材料の組成によって決まる以上、絶対的な限界ではなく
代表値にすぎない。流動度の一定の限界43である約2
00℃以下では、いかなる実用の時間枠においても拡散
がほとんど発生しないので、それ以上大きな構造的な変
化は起こらない。したがって、クロム濃度のばらつきが
大きくならないようにするため、熱硬化工程は、700
〜200℃の範囲で、好ましくは480℃以下で5時間
以上かけて行う。
FIG. 4 shows the limits of thermosetting in a graph of temperature versus time. The upper temperature limit 41 is 700 ° C.
If the upper limit is exceeded, generation of coarse precipitates in a short time cannot be suppressed. At temperatures below the upper limit, the process is controllable. In the range close to the upper limit, the diffusion of chromium is easy because considerable high temperatures promote nitride formation. Therefore, if the treatment time is too long, chromium is deposited around the precipitate, and the chromium content of the base material in the peripheral region is reduced to less than 11%, so that the chromium is easily corroded. Therefore, it is important that the transition is made in accordance with the reciprocal temperature-time curve 42. If the coordinates indicating the processing temperature and processing time are above and to the right of this curve, respectively, then the corrosion resistance is not guaranteed. However, the values indicated by the limit curve 42 and the temperature axis and the time axis are only representative values, not absolute limits, since the position of the coordinates and the shape of the curve are determined by the composition of each material. The constant limit 43 of the flow rate is about 2
Below 00 ° C., little diffusion occurs in any practical time frame, and no further significant structural changes occur. Therefore, in order to prevent the chromium concentration variation from increasing, the thermosetting step is performed at 700
The reaction is carried out at a temperature in the range of 200 to 200 ° C., preferably at 480 ° C. or lower for 5 hours or more.

【0030】たしかに、いかなる場合でも、実際に用い
られる時間/温度の範囲において処理時間の長さが最適
値を超えるまでは、処理を継続すればそれだけ弾性特性
を改善できる。処理温度が高いほど、処理時間は短くな
る。一般に、より低い温度でより長い時間をかけて処理
すれば、高温で短時間で処理する場合に比べ、より良好
な結果を得ることができる。所定の温度に対して熱処理
時間が長すぎると、より大きな析出物が構造内に生じ、
析出物間の距離が大きいため、応力が加わると大きな移
動度を有する転位を起こす。これは、所望の機械的特性
に悪影響を及ぼす。
In any case, if the treatment is continued until the length of the treatment time exceeds the optimum value in the actually used time / temperature range, the elastic properties can be improved accordingly. The higher the processing temperature, the shorter the processing time. In general, a longer time at a lower temperature can provide better results than a shorter time at a higher temperature. If the heat treatment time is too long for a given temperature, larger precipitates will form in the structure,
Due to the large distance between the precipitates, dislocations having high mobility occur when stress is applied. This adversely affects the desired mechanical properties.

【0031】次の例は、本発明による工程によって最適
化された方法を用いれば特にどのような効果が得られる
かを示している。使用された材料はDIN仕様1.38
16による標準的な合金鋼、すなわちマンガン約20
%、クロム約20%、炭素0.12%未満、窒素0.4
〜0.7%を含有するオーステナイト鋼であり、110
0℃で45分間溶体化処理した後、水で焼入れしたもの
である。
The following example shows what particular effect can be obtained by using the method optimized by the process according to the invention. The materials used are DIN specification 1.38
16 standard alloy steel, ie about 20 manganese
%, About 20% chromium, less than 0.12% carbon, 0.4% nitrogen
Austenitic steel containing ~ 0.7%,
After solution treatment at 0 ° C. for 45 minutes, it was quenched with water.

【0032】この材料は次に、保管や運搬に適した形状
に加工されるが、冷間加工により5%の変形が生じる。
すなわち、材料が永久的に一方向に5%延びる。次いで
加工物をフライス加工、ドリル加工すると、表面から少
なくとも50μmの深さまで10%の塑性変形を起こ
す。この種の材料に250MPaの応力を生じる荷重を
半時間加えると、450〜1500ppmの遅延弾性が
生じ、すなわち材料のひずみが直線から最高0.15%
ずれることになる。ヒステリシスは1600〜4700
ppmに達するが、これは、加える荷重を段階的にすば
やく、125Mpaまで、次に250Mpaまで増や
し、逆に125Mpaまで、さらに0Mpaまで減らし
たとき、同じ125Mpaにおけるひずみ値に、荷重を
増加中と減少中で、最高0.47%の差が出ることを意
味する。一方、成形後、345℃で20時間の熱硬化を
行なえば、遅延弾性が150〜180ppmまで、ヒス
テリシスが140〜220ppmまで、顕著に減少する
効果が得られる。このようにして成形した部品を所期の
目的に用いて、応力の最大値を125Mpa以下にする
と、遅延弾性は130ppm以下に、ヒステリシスは9
5ppm以下に、それぞれ抑えられる。
This material is then worked into a shape suitable for storage and transport, but the cold working causes a 5% deformation.
That is, the material is permanently extended 5% in one direction. Then, when the workpiece is milled and drilled, 10% plastic deformation occurs to a depth of at least 50 μm from the surface. Applying a load that produces a stress of 250 MPa for half an hour to such a material results in a retardation of 450-1500 ppm, i.e., the strain of the material is up to 0.15% from the straight line.
Will shift. Hysteresis is 1600-4700
ppm, which means that when the applied load is increased stepwise quickly to 125 Mpa, then to 250 Mpa, and conversely, to 125 Mpa, and further reduced to 0 Mpa, the load value increases and decreases to the same strain value at 125 Mpa. Mean up to 0.47% difference. On the other hand, if the thermosetting is performed at 345 ° C. for 20 hours after molding, the effect of remarkably reducing the delayed elasticity to 150 to 180 ppm and the hysteresis to 140 to 220 ppm can be obtained. If the maximum value of the stress is set to 125 Mpa or less using the molded part for the intended purpose, the retardation elasticity is set to 130 ppm or less and the hysteresis is set to 9 or less.
Each can be suppressed to 5 ppm or less.

【0033】したがって、常温焼入れと熱硬化という二
段階の工程を経ることにより、部品の特性を所望の特殊
なものとすることが可能である。この中で、後者の工程
は、それに伴う耐食性の低下という問題があるため、通
常、当業界では行われない。しかし、すでに見たよう
に、この問題は、鋼を、特に許容された温度範囲の上限
近くで過度に長期間にわたってエージングした場合に起
こるにすぎない。また、この問題は、窒素の炭素に対す
る含有量が十分であれば、改善できる。合金の種類や材
料の形状に応じ、条件に従って結果を最適化するため
に、最終の熱処理に合わせて適当な冷間加工の工程をど
のように選択するかは、当業者のノウハウに委ねられ
る。
Therefore, it is possible to obtain desired and special characteristics of parts by going through two steps of quenching at room temperature and thermosetting. Of these, the latter process is not usually performed in the art because of the problem of a corresponding decrease in corrosion resistance. However, as already seen, this problem only occurs when the steel is aged for an excessively long time, especially near the upper end of the allowed temperature range. This problem can be ameliorated if the content of nitrogen with respect to carbon is sufficient. It is left to a person skilled in the art how to select an appropriate cold working step in accordance with the final heat treatment in order to optimize the result according to the conditions according to the type of alloy and the shape of the material.

【0034】弾性特性の改善は、転位が固定されたナノ
構造の結果として生じるものである。ここで用いた「ナ
ノ構造」という表現は、たとえば下記の文献で詳細に説
明されている結晶質材料のミクロ構造に基づくものであ
る。 Cahn R.W. と Haasen P.編 "Physical Metallurgy" 1
996年第4版 Elsevier Science B.V, Amsterdam, vol.1, chapter 9
The improvement in elastic properties is a consequence of the dislocation-fixed nanostructure. The expression "nanostructure" as used herein is based on the microstructure of crystalline materials, for example, which is described in detail in the following documents. "Physical Metallurgy" by Cahn RW and Haasen P. 1
996 4th edition Elsevier Science BV, Amsterdam, vol.1, chapter 9
.

【0035】この構造は、位相および/または格子の乱
れの型、構造、数、形状、トポグラフィカル構成 (topo
graphical arrangement)によって決まるが、このような
位相や格子は、多くの場合、熱力学的平衡の状態では構
造の一部に含まれない。ナノ構造は、多結晶質の母材(m
atrix)と、その母材内に細かく拡散した少なくとも1種
類の成分から成るミクロ構造である。結晶は、研磨され
た切片としエッチングした結晶粒界において見ることも
できる。細かく拡散した成分の大きさと平均距離は、ナ
ノメートルで表わされる。すなわち、これらは1〜10
00ナノメートルの範囲にある。
The structure is based on the type, structure, number, shape and topographical configuration of the phase and / or lattice disturbances.
Depending on the graphical arrangement, such phases and gratings are often not part of the structure in thermodynamic equilibrium. The nanostructure has a polycrystalline matrix (m
atrix) and at least one component finely dispersed in the matrix. The crystals can also be seen at the grain boundaries etched as polished sections. The size and average distance of the finely dispersed components are expressed in nanometers. That is, these are 1-10
In the range of 00 nanometers.

【0036】下記の細かく拡散した成分には、互いに区
別がある。すなわち、セラミックおよび/または金属間
析出物、転位の周囲に堆積した炭素や窒素などの格子間
原子、いわゆるSuzukiクラウド(cloud) 、溶離やspinod
al separationsや拡散勾配のように化学成分の濃度が変
化する区域などの形で、異なる種類の相間には差異があ
る。転位すなわち格子に生じた線状の不規則な状態は、
多結晶質の母材に固有なものであり、この材料が応力を
受けると、結晶構造内の転位が不可逆的に移動しやす
い。しかし、成分を細かく拡散すれば転位の移動が阻止
され、1.0GPa(140000psi)を超えるこ
ともある降伏応力の少なくとも4分の1までの応力レベ
ルであれば、転位の不可逆的なずれが防止される。ま
た、熱硬化工程を高温で進めると、いわゆる Laves相な
どの複雑な金属間析出物が生じる。
The following finely diffused components are distinguished from each other. Ceramic and / or intermetallic precipitates, interstitial atoms such as carbon and nitrogen deposited around dislocations, the so-called Suzuki cloud, elution and spinod
There are differences between different types of phases, in the form of zones where the concentration of chemical components changes, such as al separations or diffusion gradients. Dislocations, i.e., linear irregular states that occur in the lattice,
It is unique to a polycrystalline base material, and when this material is subjected to stress, dislocations in the crystal structure are likely to move irreversibly. However, if the component is finely dispersed, dislocation movement is prevented, and irreversible displacement of dislocation is prevented at a stress level of at least one-fourth of the yield stress that may exceed 1.0 GPa (140000 psi). Is done. Further, when the thermosetting process is performed at a high temperature, complex intermetallic precipitates such as a so-called Laves phase are generated.

【0037】図5は、主に大きな析出物52相互の間に
延びる転位51、または異なる結晶構造を有する相の o
cclusionが、成分勾配、Suzukiクラウド、および/また
はナノメートルの範囲にある析出物から成るナノ構造5
3によってどのように定着しているかを示す概略図であ
る。図6は、転位62における Suzuki クラウド61の
概略を示す。原子層63は転位62の箇所で破断してお
り、他の原子層64も同様に変化し、転位62から少し
離れたところでようやく通常のパターンに戻っている。
結晶格子が乱れた転位62の付近には、格子間原子が入
り込む余地がある。これらのocclusionsがSuzukiクラウ
ド61を形成する。
FIG. 5 shows that dislocations 51 extending mainly between large precipitates 52 or phases o having different crystal structures.
cclusion nanostructure 5 consisting of component gradients, Suzuki cloud, and / or precipitates in the nanometer range 5
FIG. 3 is a schematic diagram showing how fixing is performed by No. 3; FIG. 6 schematically shows the Suzuki cloud 61 at the dislocation 62. The atomic layer 63 breaks at the dislocation 62, and the other atomic layers 64 change in the same manner, and return to the normal pattern only at a distance from the dislocation 62.
There is room for interstitial atoms to enter near the dislocation 62 where the crystal lattice is disturbed. These occlusions form the Suzuki cloud 61.

【0038】クロム含有量が大きいことにより、前記の
工程によって作られた部品は耐食性に優れているため、
標準的な塩水噴霧試験には容易に合格する。このこと
は、この部品を多くの産業、特に食品、飼料、化学、薬
品の各分野で用いる上で必須のかつ非常に有利な特徴で
ある。また、フェライト/マルテンサイトの含有量が小
さいため透磁率が最小に抑えられているということは、
この部品を精密な力測定機器に用いる場合に不可欠な特
徴である。目立った弾性特性は非常に小さな遅延弾性で
あり、クリープはほとんど測定できないレベルで、ヒス
テリシスは実質的にゼロである。
Because of the high chromium content, the parts made by the above process have excellent corrosion resistance.
It easily passes the standard salt spray test. This is an essential and highly advantageous feature for using this part in many industries, especially in the food, feed, chemical and pharmaceutical fields. In addition, the fact that the permeability is kept to a minimum due to the small content of ferrite / martensite means that
This is an indispensable feature when this part is used for precision force measuring equipment. The striking elastic properties are very small retardant elasticity, with creep at a measurable level and virtually zero hysteresis.

【0039】格子間原子が含まれていると、母材が強化
され、結晶構造の安定性が高まる。格子間原子として適
当な元素は、第一に窒素であり、次に炭素である。しか
し、これらの他にも、ボロン、ベリリウム、リチウムな
ど、原子番号が3〜7の元素も適していると言える。部
品が少なくとも0.2%の格子間原子を含有している場
合、強化は顕著である。格子間原子の含有量は、窒素を
炭素より多くし、かつ窒素と炭素を合わせて0.4%と
することが好ましい。窒素は、熱処理工程における析出
物の生成に決定的な影響を与えるファクターの一つで、
硬化工程におけるナノ構造の形成にとってよりよい条件
をもたらす。マンガンが多く含まれていれば、比較的高
い割合の窒素が結合する助けとなる。
When interstitial atoms are included, the matrix is strengthened and the stability of the crystal structure is enhanced. Suitable elements as interstitial atoms are firstly nitrogen and then carbon. However, in addition to these, it can be said that elements having an atomic number of 3 to 7, such as boron, beryllium, and lithium, are also suitable. If the component contains at least 0.2% of interstitial atoms, the enhancement is significant. It is preferable that the content of interstitial atoms is set to be higher than nitrogen and to be 0.4% in total of nitrogen and carbon. Nitrogen is one of the factors that have a decisive effect on the formation of precipitates in the heat treatment process,
It provides better conditions for the formation of nanostructures in the curing process. A high manganese content helps a relatively high proportion of nitrogen to bind.

【0040】出発原料の0.05%以上の量の付加的な
炭化物形成元素、炭窒化物形成元素、窒化物形成元素が
含まれている場合、溶体化処理の間に粒体が成長するの
を抑える効果を有し、ナノ構造を形成するのに役立つ。
また、降伏応力のレベルを高め、最終強度を大きくす
る。炭化物形成元素としては、ニオブまたはバナジウム
または両者の組み合わせが好ましい。また、チタン、タ
ンタル、タングステン、ジルコンも好ましいと言える。
たとえば、チタンは、TiN、TiC、Tix (CN)
y などの化合物を形成する。
If additional carbide-forming elements, carbonitride-forming elements and nitride-forming elements are present in an amount of 0.05% or more of the starting material, the grains will grow during the solution treatment. And has an effect of suppressing the formation of a nano-structure.
Also, the level of the yield stress is increased to increase the final strength. As the carbide forming element, niobium or vanadium or a combination of both is preferable. It can also be said that titanium, tantalum, tungsten, and zircon are preferable.
For example, titanium is TiN, TiC, Ti x (CN)
Form compounds such as y .

【0041】炭化物形成要素、炭窒化物形成元素、窒化
物形成元素を個々にあるいは組み合わせて含有させて製
造した部品は、最適化されたナノ構造を備えた、特に転
位の定着を安定させる効果を有する Suzuki クラウドを
含む結晶構造を示す。常温焼入れや低温での比較的長時
間にわたる最終の熱処理を施すと、ナノ構造が粗くなる
のを防ぐことができる。
Parts made by containing carbide-forming elements, carbonitride-forming elements and nitride-forming elements individually or in combination have an optimized nanostructure, in particular the effect of stabilizing the dislocation anchoring. 1 shows a crystal structure including a Suzuki cloud having the same. The quenching at room temperature or the final heat treatment at a low temperature for a relatively long time can prevent the nanostructure from becoming coarse.

【0042】製造された部品の銅の含有量が0.05%
以上であれば、前記以外の利点が生まれる。銅は、冷間
加工による応力が塑性変形を起こすレベルに達した場
合、その応力下でマルテンサイトの形成を遅らせる。銅
はまた、比較的低温での熱硬化の間、窒素の溶解度を下
げ、窒化物の析出を促進する。銅はさらに、より高い熟
成温度において、複雑な金属間相と Laves相の形成に寄
与する。銅はまた、不動態化により耐食性を向上させ
る。
The copper content of the manufactured part is 0.05%
With the above, advantages other than those described above are obtained. Copper slows the formation of martensite under cold working stress when it reaches a level that causes plastic deformation. Copper also reduces the solubility of nitrogen and promotes nitride precipitation during thermal curing at relatively low temperatures. Copper also contributes to the formation of complex intermetallic and Laves phases at higher ripening temperatures. Copper also improves corrosion resistance by passivation.

【0043】以上に述べた方法を用いれば、オーステナ
イト鋼が非磁性である場合、フェライトおよび/または
マルテンサイトの含有量は、したがって透磁率は、ほと
んど下限がないほど低く抑えうる。それゆえ、本発明の
方法によって製造された部品は、磁界強度が80A/c
mのときの比透磁率を1.004以下に抑えうる。これ
は、非磁性金属製品に対し通常要求される仕様である。
Using the method described above, when the austenitic steel is non-magnetic, the ferrite and / or martensite content, and thus the magnetic permeability, can be kept so low that there is almost no lower limit. Therefore, a part manufactured by the method of the present invention has a magnetic field strength of 80 A / c.
The relative magnetic permeability at m can be suppressed to 1.004 or less. This is a specification normally required for non-magnetic metal products.

【0044】冷間加工による局部的な非常に強い永久変
形が10%以上に達すると、冷間加工した箇所でフェラ
イトおよび/またはマルテンサイトの含有量が増加し、
それに伴って透磁率が上昇するという好ましくない副作
用が発生することもありうる。しかし、窒素の含有量が
十分であれば、マンガンの高含有量と若干の銅にも助け
られ、この作用はほとんど表れなくなる。また、クリー
プ特性は、顕著に改善される。製造された部品には、少
なくとも50μmの深さまでに達する強い変形を加える
ことにより、目標とする一般的特性を低下させることな
く、優れた機械的特性を特に部品の肉薄部分に与えるこ
とができる。
When the local extremely strong permanent deformation due to cold working reaches 10% or more, the content of ferrite and / or martensite increases at the cold worked part,
An undesired side effect of an increase in the magnetic permeability may occur along with this. However, if the nitrogen content is sufficient, the high content of manganese and some copper help, and this effect hardly appears. Also, the creep properties are significantly improved. By subjecting the manufactured parts to strong deformations up to a depth of at least 50 μm, excellent mechanical properties can be imparted, in particular to the thin parts of the parts, without compromising the general properties aimed at.

【0045】前記の優れた特性を備えた弾性部品は、質
量、重量、力、トルク、角度、長さなどを測定するトラ
ンスデューサに使用することができる。すなわち、その
トランスデューサが、測定量のアナログ値を得るため
に、ある構成要素における応力とひずみの間の直線性と
再現性を有するヒステリシスのない関係を用いる場合
に、いつでも使用できる。前記の部品には、特に、静電
式または圧電式センサ、ひずみゲージ、共振器、あるい
は類似の装置を備えたロードセルが含まれる。室温にお
いて、0.3GPa(42000psi)を超えるレベ
ルの応力に対し、10ppmの精度を得ることが可能で
ある。
The elastic part having the above excellent characteristics can be used for a transducer for measuring mass, weight, force, torque, angle, length and the like. That is, it can be used whenever the transducer uses a linear and reproducible, non-hysteretic relationship between stress and strain in a component to obtain an analog value of the measurand. Such components include, inter alia, load cells with electrostatic or piezoelectric sensors, strain gauges, resonators or similar devices. At room temperature, 10 ppm accuracy can be obtained for stress levels above 0.3 GPa (42000 psi).

【0046】さらに別の用途として、本発明による部品
は、たとえば化学天秤の平行運動機構のような、精密測
定機器が備える機械的な運動案内装置に用いられる。弾
性を有する構成要素はまた、特に、連結部材またはピボ
ット部材として精密測定機器の肉薄部分に用いるのに適
している。
As a further application, the component according to the invention is used for mechanical movement guidance devices provided with precision measuring instruments, such as, for example, a parallel movement mechanism of an analytical balance. Resilient components are also particularly suitable for use as thinner parts of precision measuring instruments as connecting or pivoting members.

【0047】図7は、電磁力補償式の化学天秤の動作原
理を示す。秤71は荷重受け部72を案内する平行四辺
形の連結機構を有し、この装置を形成する平行なガイド
78は、一端が静止コンソール76に、他端がハンガー
77に、それぞれたわみピボット73を介して接続され
ている。たわみピボット73は反りや座屈に対して強い
ため、ハンガーは垂直方向にだけ動くことができる。荷
重を荷重受け部72に載せると、この荷重は、ハンガー
77の突起81から引張り継手75を介し、支点軸83
でコンソール76に回動自在に支持された緩衝レバー7
9に伝わる。引張り継手75は連結要素82を有し、こ
の接続要素82は一次元の力を鉛直方向に確実に伝達す
る肉薄部分である。レバー79にかかる減殺された力
は、コンソール76に取り付けられた電磁式の力補償装
置74で補償される。以上に述べた秤のすべての部品
は、本発明による弾性要素で製造してもよい。たわみピ
ボット73、連結要素82、支点軸要素83に、それぞ
れ本発明の弾性要素を用いることが特に好ましい。ま
た、ガイド78と継手全体87およびレバー79を備え
た平行運動連結機構の全体を、これらの要素を個々にま
たは組み合わせて、同じ材料で一体として製造された一
つの弾性部品として設計することも有益である。
FIG. 7 shows the operating principle of the electromagnetic force compensation type analytical balance. The balance 71 has a parallelogram-shaped coupling mechanism for guiding the load receiving portion 72, and a parallel guide 78 forming this device has a flexible pivot 73 at one end connected to the stationary console 76, the other end connected to the hanger 77, respectively. Connected through. Since the flex pivot 73 is resistant to warping and buckling, the hanger can only move vertically. When a load is placed on the load receiving portion 72, the load is transferred from the protrusion 81 of the hanger 77 via the tension joint 75 to the fulcrum shaft 83.
Buffer lever 7 rotatably supported by console 76 at
It reaches 9 The tension joint 75 has a connecting element 82, which is a thin part that reliably transmits a one-dimensional force in the vertical direction. The reduced force on the lever 79 is compensated by an electromagnetic force compensator 74 mounted on the console 76. All parts of the scales described above may be manufactured with elastic elements according to the invention. It is particularly preferable to use the elastic element of the present invention for each of the deflection pivot 73, the connecting element 82, and the fulcrum shaft element 83. It is also advantageous to design the entire parallel motion coupling mechanism with the guide 78 and the entire joint 87 and lever 79 as a single elastic part made of one and the same material, combining these elements individually or in combination. It is.

【0048】これらの部品は、耐食性が高いため、コー
ティングその他の表面処理を必要としない。また、保護
層がないため、弾性特性に対する悪影響を排除すること
が可能で、製造時や使用時の取扱いが容易である。
These parts do not require coating or other surface treatments because of their high corrosion resistance. In addition, since there is no protective layer, it is possible to eliminate adverse effects on elastic properties, and it is easy to handle during manufacture and use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】たわみピボットを備えた平行運動案内機構の平
面図
FIG. 1 is a plan view of a parallel motion guide mechanism having a deflection pivot.

【図2】たわみピボットの要部断面図FIG. 2 is a sectional view of a principal part of a deflection pivot.

【図3】ロードセルの側面図FIG. 3 is a side view of a load cell.

【図4】熱硬化の限界を示す温度対時間のグラフFIG. 4 is a graph of temperature versus time showing the limits of thermosetting.

【図5】定着した転位を示す図FIG. 5 is a view showing dislocations that have been fixed.

【図6】転位におけるSuzukiクラウドを示す図FIG. 6 is a diagram showing a Suzuki cloud in transposition

【図7】化学天秤の基本構造を示す図FIG. 7 is a diagram showing a basic structure of an analytical balance.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

73 ピボット 77 ハンガー 78 ガイド 82 連結要素 83 支点要素 73 pivot 77 hanger 78 guide 82 connecting element 83 fulcrum element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591079948 CH−8606 Greifensee Sc hweiz ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (71) Applicant 591079948 CH-8606 Greifensee Shweiz

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 機械的応力を受ける測定機器用弾性部品
において、格子間原子を含むオーステナイト金属の合金
から成り、その全重量に対し、フェライト2%以下、マ
ルテンサイト2%以下、クロム11%以上を含有し、転
位が固定されたナノ構造をもつ結晶質組織を有する弾性
部品。
1. An elastic part for a measuring instrument subjected to mechanical stress, comprising an alloy of austenitic metal containing interstitial atoms, based on the total weight of ferrite, 2% or less, martensite 2% or less, chromium 11% or more. And an elastic part having a crystalline structure having a nanostructure in which dislocations are fixed.
【請求項2】 原子番号3〜7の格子間原子を全重量の
0.2%以上含有する請求項1に記載の部品。
2. The component according to claim 1, which contains at least 0.2% of the total weight of interstitial atoms having atomic numbers 3 to 7.
【請求項3】 窒素と炭素の含有量を合わせて全重量の
0.4%以上とし、かつ窒素を炭素より多くした請求項
2に記載の部品。
3. The component according to claim 2, wherein the total content of nitrogen and carbon is at least 0.4% of the total weight, and the nitrogen content is higher than carbon.
【請求項4】 炭化物、炭窒化物、窒化物を形成する元
素群から選択された少なくとも1つの付加的な元素を合
わせて全重量の0.05%以上含有する請求項2に記載
の部品。
4. The component according to claim 2, comprising at least 0.05% of the total weight of at least one additional element selected from the group consisting of carbides, carbonitrides, and nitrides.
【請求項5】 前記の少なくとも1つの付加的な元素が
ニオブとバナジウムから選択された請求項4に記載の部
品。
5. The component of claim 4, wherein said at least one additional element is selected from niobium and vanadium.
【請求項6】 ナノメートルの範囲のSuzukiクラウドが
結晶質組織に含まれた請求項2に記載の部品。
6. The component according to claim 2, wherein the crystalline structure comprises a Suzuki cloud in the nanometer range.
【請求項7】 ナノメートルの範囲の窒化物、炭化物、
炭窒化物が結晶質組織に含まれた請求項2に記載の部
品。
7. Nitride, carbide, in the nanometer range.
The component according to claim 2, wherein the carbonitride is contained in the crystalline structure.
【請求項8】 さらに銅を全重量の0.2%以上含む請
求項1に記載の部品。
8. The component according to claim 1, further comprising at least 0.2% of copper by weight.
【請求項9】 フェライトとマルテンサイトの含有量を
非常に少なくし、磁界強度が80A/cmのときの比透
磁率を1.004以下とした請求項1に記載の部品。
9. The component according to claim 1, wherein the content of ferrite and martensite is extremely small, and the relative magnetic permeability when the magnetic field strength is 80 A / cm is 1.004 or less.
【請求項10】 冷間加工を行い、表面から50μmの
深さまで少なくとも10%の永久ひずみ変形を少なくと
も局部的に起こした部分を含む請求項1に記載の部品。
10. The component of claim 1, wherein the component is cold-worked and includes a portion that has undergone at least a local deformation of at least 10% from its surface to a depth of 50 μm at least locally.
【請求項11】 精密測定機器の測定用トランスデュー
サに用いられる請求項1に記載の部品。
11. The component according to claim 1, which is used for a measuring transducer of a precision measuring instrument.
【請求項12】 精密測定機器の機械的運動案内装置に
用いられる請求項1に記載の部品。
12. The component according to claim 1, wherein the component is used for a mechanical motion guiding device of a precision measuring instrument.
【請求項13】 力を伝達する肉薄部分を有し、精密測
定機器の連結要素に用いられる請求項1に記載の部品。
13. The component according to claim 1, which has a thin portion for transmitting force and is used as a connecting element of a precision measuring instrument.
【請求項14】 回転移動部となる肉薄部分を有し、精
密測定機器のピボット要素に用いられる請求項1に記載
の部品。
14. The component according to claim 1, which has a thin portion serving as a rotary moving portion, and is used for a pivot element of a precision measuring instrument.
【請求項15】 精密測定機器が天秤である請求項1〜
14のいずれかに記載の部品。
15. The precision measuring device is a balance.
15. The component according to any one of 14.
【請求項16】 溶体化処理と焼入れを施した格子間原
子を含む耐食性のオーステナイト系合金から請求項1〜
14のいずれかに記載の部品を製造する方法において、 ・前記合金で部品を成形し、その際少なくとも局部的に
冷間硬化を起こす機械的応力をかける工程と ・200〜700℃の範囲で熱硬化を行う工程から成る
方法。
16. A corrosion-resistant austenitic alloy containing interstitial atoms which has been subjected to solution treatment and quenching.
14. A method of manufacturing a part according to any of the preceding claims, comprising: molding the part with said alloy, applying mechanical stress causing cold hardening at least locally; A method comprising the step of performing a cure.
【請求項17】 前記成形工程により、部品の任意の部
分に、表面から50μmの深さまで少なくとも10%の
塑性変形を少なくとも局部的に起こすようにした請求項
16に記載の方法。
17. The method of claim 16, wherein the forming step causes at least a local deformation of at least 10% of any part of the part to a depth of 50 μm from the surface.
【請求項18】 熱硬化を480℃以下で5時間以上か
けて行うことを特徴とする請求項16に記載の方法。
18. The method according to claim 16, wherein the heat curing is performed at a temperature of 480 ° C. or less for 5 hours or more.
【請求項19】 合金が含窒素クロム−マンガン鋼で、
熱硬化を約345℃で約20時間かけて行うことを特徴
とする請求項16に記載の方法。
19. The alloy is a nitrogen-containing chromium-manganese steel,
17. The method of claim 16, wherein the heat curing is performed at about 345 [deg.] C for about 20 hours.
【請求項20】 前記合金が原子番号3〜7の格子間原
子を全重量の0.2%以上含有し、好ましくは窒素と炭
素の含有量を合わせて全重量の0.4%以上とし、かつ
窒素を炭素より多くした請求項16に記載の方法。
20. The alloy contains at least 0.2% of the total weight of interstitial atoms of atomic numbers 3 to 7, preferably at least 0.4% of the total weight by adding the contents of nitrogen and carbon, 17. The method of claim 16, wherein nitrogen is greater than carbon.
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