KR20200079188A - 티타늄 기반 나선형 타임피스 스프링 - Google Patents

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KR20200079188A
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니바록스-파 에스.에이.
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Abstract

니오븀 및 티타늄 합금으로 제조된 2 상 조직을 갖는 나선형 타임피스 스프링 및 이 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법으로서,
상기 제조 방법은,
- 니오븀 및 티타늄을 함유하는 이원 합금을 제조하는 단계로서, 상기 합금이,
- 니오븀: 100% 에 대한 나머지;
- 티타늄: 엄밀하게 총량의 60 질량% 초과이고 85 질량% 이하,
- 각각이 총량의 0 내지 1600 질량ppm 이고, 그리고 합이 0.3 질량% 미만인 O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al 중에서 미량들의 다른 성분들을 갖는, 상기 제조하는 단계;
- β상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체 및 α상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체를 포함하는 2 상 미세 조직이 얻어질 때까지, 열처리들과 교호하는 변형들을 적용하는 단계로서, 상기 α상 티타늄의 함량은 10 부피% 초과인, 상기 적용하는 단계;
- 캘린더링될 수 있는 와이어를 얻기 위하여 와이어 드로잉하는 단계;
- 상기 와이어가 처음으로 와인딩되기 전에 이중 음자리표 형상으로 메인 스프링을 형성하기 위하여 캐린더링 또는 링으로 삽입하거나, 또는 밸런스 스프링을 형성하기 위하여 와인딩하는 단계를 포함한다.

Description

티타늄 기반 나선형 타임피스 스프링{TITANIUM-BASED SPIRAL TIMEPIECE SPRING}
본 발명은 2 상 조직을 갖는 나선형 타임피스 스프링, 특히 메인 스프링 또는 밸런스 스프링에 관한 것이다.
본 발명은 또한 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 타임피스 스프링들, 특히 메인 스프링들 또는 모터 스프링들 또는 타격 작동식 스프링들 (striking-work springs) 과 같은 에너지 저장 스프링들, 또는 밸런스 스프링들과 같은 진동자 스프링들 (oscillator springs) 의 제조 분야에 관한 것이다.
시계학을 위한 에너지 저장 스프링들의 제조는 종종 처음에 호환되지 않는 것처럼 보이는 제약 조건들의 영향을 받게 된다:
- 매우 높은 탄성 한계의 획득의 필요성,
- 낮은 탄성 계수의 획득의 필요성,
- 제조, 특히 와이어 드로잉의 용이성,
- 우수한 피로 저항성,
- 내구성,
- 작은 단면들,
- 단부들의 배열: 제조시의 국부적 약점 및 어려움을 갖는코어 후크 및 슬립 스프링.
밸런스 스프링의 생산은 규칙적인 크로노미터 성능 (regular chronometric performance) 을 보장하도록 온도 보상에 대한 관심에 집중된다. 이것은 제로에 가까운 열 탄성 계수의 획득을 필요로 한다.
따라서, 이들 포인트들 중 적어도 하나, 특히 사용된 합금의 기계적 강도에 대한 임의의 개선은 상당한 진보를 나타낸다.
본 발명은, 특정 재료의 선택에 기초하여, 새로운 타입의 나선형 타임피스 스프링을 규정하고, 그리고 적절한 제조 방법을 개발할 것을 제안한다.
이를 위해, 본 발명은 청구항 제 1 항에 따른 2 상 조직을 갖는 나선형 타임피스 스프링에 관한 것이다.
본 발명은 또한 청구항 제 10 항에 따른 이런 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참고로 하여 이하의 상세한 설명을 읽으면서 명백해 질 것이다.
- 도 1 은 본 발명에 따른 나선형 스프링인 메인 스프링이 처음으로 와인딩되기 전의 개략적인 평면도를 나타낸다.
- 도 2 는 본 발명에 따른 나선형 스프링인 밸런스 스프링의 개략도를 나타낸다.
- 도 3 은 본 발명에 따른 제조 방법의 주요 작동들의 시퀀스를 나타낸다.
본 발명은 2 상 조직을 갖는 나선형 타임피스 스프링에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이 나선형 스프링의 재료는 니오븀을 함유하는 티타늄계 이원 합금이다.
유리한 변형 실시 형태에서, 이 합금은,
- 니오븀: 100% 에 대한 나머지;
- 엄밀하게 총량의 60.0% 초과이고 총량의 85.0% 이하인 질량 비율의 티타늄,
- O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al 중에서 미량들의 다른 성분들로서, 상기 미량들의 다른 성분들 각각은 총량의 0 내지 1600 질량ppm 으로 이루어지고, 그리고 이들 미량들의 합은 0.3 질량% 이하인, 상기 미량들의 다른 성분들을 함유한다.
보다 구체적으로, 이 합금은 총량의 65.0% 이상이고 총량의 85.0% 이하인 질량 비율의 티타늄을 포함한다.
보다 구체적으로, 이 합금은 총량의 70.0% 이상이고 총량의 85.0% 이하인 질량 비율의 티타늄을 포함한다. 보다 더 구체적으로, 대안으로서, 이 합금은 총량의 70.0% 이상이고 총량의 75.0% 이하인 질량 비율의 티타늄을 포함한다.
보다 더 구체적으로, 또 다른 대안으로서, 이 합금은 엄밀하게 총량의 76.0% 이상이고 총량의 85.0% 이하인 질량 비율의 티타늄을 포함한다.
보다 구체적으로, 이 합금은 총량의 80.0% 이하인 질량 비율의 티타늄을 포함한다.
보다 더 구체적으로, 이 합금은 엄밀하게 총량의 76.0% 초과이고 총량의 78.0% 이하인 질량 비율의 티타늄을 포함한다.
유리하게는, 이 나선형 스프링은 β상 체심 입방 (body-centred cubic) 니오븀 및 α상 육방 밀집 (hexagonal close packed) 티타늄을 함유하는 2 상 미세 조직을 갖는다. 보다 구체적으로, 이 나선형 스프링은 β상 티타늄 (체심 입방 조직) 을 갖는 니오븀의 고용체 및 α상 티타늄 (육방 밀집 조직) 을 갖는 니오븀의 고용체를 포함하는 2 상 조직을 가지며, 여기서 α상 티타늄의 함량은 10 부피% 초과이다.
스프링을 제조하는데 적합한 이런 타입의 조직을 얻기 위하여, α상의 일부는 열처리에 의해서 석출되어야 한다.
티타늄 함량이 높을수록, 열처리에 의해서 석출될 수 있는 α상의 최대 비율이 더 높아지고, 이는 높은 비율의 티타늄을 추구하는 동기가 된다.
보다 구체적으로, 티타늄 및 니오븀의 총 질량 비율은 총량의 99.7% 내지 100% 로 이루어진다.
보다 구체적으로, 산소의 질량 비율은 총량의 0.10% 이하이거나, 또는 총량의 0.085% 이하이다.
보다 구체적으로, 티타늄의 질량 비율은 총량의 0.10% 이하이다.
보다 구체적으로, 탄소의 질량 비율은 총량의 0.04% 이하, 특히 총량의 0.020% 이하, 또는 총량의 0.0175% 이하이다.
보다 구체적으로, 철의 질량 비율은 총량의 0.03% 이하, 특히 총량의 0.025% 이하, 또는 총량의 0.020% 이하이다.
보다 구체적으로, 질소의 질량 비율은 총량의 0.02% 이하, 특히 총량의 0.015% 이하, 또는 총량의 0.0075% 이하이다.
보다 구체적으로, 수소의 질량 비율은 총량의 0.01% 이하, 특히 총량의 0.0035% 이하, 또는 총량의 0.0005% 이하이다.
보다 구체적으로, 니켈의 질량 비율은 총량의 0.01% 이하이다.
보다 구체적으로, 규소의 질량 비율은 총량의 0.01% 이하이다.
보다 구체적으로, 니켈의 질량 비율은 총량의 0.01% 이하, 특히 총량의 0.16% 이하이다.
보다 구체적으로, 연성 재료 또는 구리의 질량 비율은 총량의 0.01% 이하, 특히 총량의 0.005% 이하이다.
보다 구체적으로, 알루미늄의 질량 비율은 총량의 0.01% 이하이다.
이 나선형 스프링은 1000 MPa 이상의 탄성 한계를 갖는다.
보다 구체적으로, 이 나선형 스프링은 1500 MPa 이상의 탄성 한계를 갖는다.
보다 더 구체적으로, 이 나선형 스프링은 2000 MPa 이상의 탄성 한계를 갖는다.
유리하게는, 이 나선형 스프링은 60 GPa 초과 및 80 GPa 이하의 탄성 계수를 갖는다.
제조 동안 적용되는 처리에 따라, 이렇게 결정된 합금은 1000 MPa 이상의 탄성 한계를 갖는 밸런스 스프링들, 또는, 특히 탄성 한계가 1500 MPa 이상일 때 메인 스프링들인 나선형 스프링들의 생산을 허용한다.
밸런스 스프링에 대한 적용은 이런 밸런스 스프링이 통합된 와치의 사용 동안 온도 변화에도 불구하고 유지된 크로노미터 성능을 보장할 수 있는 특성들을 필요로 한다. 따라서, 합금의 열 탄성 계수 (thermoelastic coefficient; TEC) 는 매우 중요하다. 합금의 냉간 가공된 β상은 강한 양의 열 탄성 계수를 갖고, 그리고 강한 음의 열 탄성 계수를 갖는 α상의 석출은 2 상 합금이 특히 유리한 제로에 가까운 열 탄성 계수를 제공하게 한다. CuBe 또는 니켈은으로 제조된 밸런스를 갖는 크로노미터 진동자를 형성하기 위하여, +/- 10 ppm/℃ 의 열 탄성 계수를 얻어야 한다. 합금의 열 탄성 계수와 밸런스 스프링 및 밸런스의 팽창 계수들을 연관시키는 식은 이하와 같다:
Figure pat00001
변수들 M 및 T 는 각각 속도 (rate) 와 온도이다. E 는 밸런스 스프링의 영률이고, 그리고, 이 식에서, E, β 및 α 는 ℃-1 로 표시된다.
CT 는 진동자의 온도 계수 (일반적으로, temperature coefficient; TC) 이고, (1/EㆍdE/dT) 는 밸런스 스프링 합금의 열 탄성 계수이고, β 는 밸런스의 팽창 계수이고, 그리고 α 는 밸런스 스프링의 팽창 계수이다.
본 발명은 또한 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법에 관한 것이고, 이하의 단계들이 연속적으로 구현되는 것을 특징으로 한다:
- (10) 니오븀 및 티타늄을 함유하는 합금으로부터 블랭크를 제조하는 단계로서, 상기 합금은 니오븀을 함유하는 티타늄계 이원 합금이고, 그리고 상기 합금은,
- 니오븀: 100% 에 대한 나머지;
- 엄밀하게 총량의 60.0% 이상이고 총량의 85.0% 이하인 질량 비율의 티타늄,
- O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al 중에서 미량들의 다른 성분들로서, 상기 미량들의 다른 성분들 각각은 총량의 0 내지 1600 질량ppm 으로 이루어지고, 그리고 이들 미량들의 합은 0.3 질량% 이하인, 상기 미량들의 다른 성분들을 함유하는, 상기 제조하는 단계;
- (20) β상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체 및 α상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체를 포함하는 2 상 미세 조직이 얻어질 때까지, 상기 합금에 열처리들과 교호하는 변형들의 적용을 포함하는 변형/석출 열처리 시퀀스들의 쌍들을 적용하는 단계로서, 상기 α상 티타늄의 함량은 10 부피% 초과이고, 탄성 한계는 1000 MPa 이상이고, 그리고 탄성 계수는 60 GPa 초과이고 80 GPa 이하인, 상기 적용하는 단계;
- (30) 원형 단면, 및 롤러 프레스 또는 와인더 아버의 입구 단면과 호환 가능하게 비성형 압연된 직사각형 프로파일의 와이어 또는, 메인 스프링의 경우에, 추가의 처리 작동들을 위해 와인딩되거나 링에 삽입될 준비가 된 와이어를 얻기 위하여 와이어 드로잉하는 단계;
- (40) 첫 번째의 와인딩 전에 메인 스프링을 형성하기 위하여 높은 음자리표의 형상으로 코일들을 형성하거나, 또는 밸런스 스프링을 형성하기 위하여 와인딩하거나, 또는 메인 스프링을 형성하기 위하여 링에 삽입하여 열처리하는 단계.
특히, β상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체 및 α상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체를 포함하는 2 상 미세 조직이 얻어질 때까지, 이 합금에 열처리들 (22) 과 교호하는 변형들의 적용 (21) 을 포함하는 변형/석출 열처리 시퀀스들 (20) 의 쌍들을 적용하게 되고, 상기 α상 티타늄의 함량은 10 부피% 초과이고, 탄성 한계는 2000 MPa 이상이다. 보다 구체적으로, 이 경우의 처리 사이클은 합금의 전체 조직이 베타가 되도록 주어진 직경에서 사전 베타 켄칭 처리 (15) 를, 이어서 일련의 변형/석출 열처리 시퀀스들의 쌍들을 포함한다.
변형/석출 열처리 시퀀스들의 이들 쌍들에서, 각각의 변형은 1 내지 5 로 이루어진 주어진 변형률로 수행되고, 변형률은 종래의 식 2ln(d0/d) 에 부합하고, 여기서 d0 은 마지막 베타 켄칭의 직경이고, 그리고 d 는 냉간 가공된 와이어의 직경이다. 전체 일련의 상들에 걸쳐서 변형들의 전체 누적은 1 내지 14 로 이루어진 총 변형률을 제공한다. 변형/석출 열처리 시퀀스들의 모든 쌍은, 매번, α상 Ti 의 석출 열처리 (300 ~ 700℃, 1h ~ 30h) 를 포함한다.
베타 켄칭을 포함하는 이 방법의 변형예는 특히 메인 스프링들의 제조에 적합하다. 보다 구체적으로, 이 베타 켄칭은 진공 하에서, 700℃ 내지 1000℃ 로 이루어진 온도에서 5 분 내지 2 시간으로 이루어진 지속 시간 동안, 용액 처리한 후, 가스 냉각하는 것이다.
보다 더 구체적으로, 베타 켄칭은 진공하에서, 800℃ 에서 1 시간 동안, 용액 처리한 후, 가스 냉각하는 것이다.
변형/석출 열처리 시퀀스들의 쌍들로 되돌아 가면, 보다 구체적으로, 변형/석출 열처리 시퀀스들의 각각의 쌍은 350℃ 내지 700℃ 로 이루어진 온도에서 1 시간 내지 80 시간으로 이루어진 지속 시간의 석출 열처리를 포함한다. 보다 구체적으로, 지속 시간은 380℃ 내지 650℃ 로 이루어진 온도에서 1 시간 내지 10 시간으로 이루어진다. 보다 더 구체적으로, 지속 시간은 380℃ 의 온도에서 1 시간 내지 12 시간이다. 바람직하게는, 긴 열처리들, 예를 들면, 350℃ 내지 500℃ 로 이루어진 온도에서 15 시간 내지 75 시간으로 이루어진 지속 시간 동안 수행된 열처리들이 적용된다. 예를 들면, 열처리들은 350℃ 에서 75 시간 내지 400 시간 동안, 400℃ 에서 25 시간 동안, 또는 480℃ 에서 18 시간 동안 적용된다.
보다 구체적으로, 상기 제조 방법은 1 내지 5 개, 바람직하게는 3 내지 5 개의 변형/석출 열처리 시퀀스들의 쌍들을 포함한다.
보다 구체적으로, 변형/석출 열처리 시퀀스들의 제 1 쌍은 단면이 적어도 30% 감소된 제 1 변형을 포함한다.
보다 구체적으로, 변형/석출 열처리 시퀀스들의 각각의 쌍은, 제 1 변형 외에도, 단면이 적어도 25% 감소된 2 개의 석출 열처리들 사이에 하나의 변형을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 합금 블랭크를 제조한 후, 그리고 와이어 드로잉 이전에, 추가 단계 25 에서, 드로잉, 와이어 드로잉 및 비성형 압연에 의한 성형을 용이하게 하기 위하여 구리, 니켈, 쿠프로 니켈 (cupronickel), 쿠프로 망간, 금, 은, 니켈-인 Ni-P 및 니켈-붕소 Ni-B 또는 이와 유사한 것 중에서 선택된 연성 재료의 표면층이 블랭크에 첨가되고, 와이어 드로잉 후, 또는 비성형 압연 후, 또는 후속 캘린더링, 프레싱 또는 와인딩 작동, 또는 메인 스프링의 경우에 링에 삽입하여 열처리 후, 연성 재료의 표면층은 단계 50 에서, 특히 에칭에 의해서, 와이어로부터 제거된다.
메인 스프링의 경우, 실제로, 링에 삽입하여 열처리함으로써 제조를 수행할 수 있고, 여기서 링에의 삽입은 캘린더링을 대체한다. 메인 스프링은 일반적으로 또한 링에 삽입한 후 또는 캘린더링 후에 열처리된다.
밸런스 스프링은 또한 일반적으로 와인딩 후에 열처리된다.
보다 구체적으로, 마지막 변형상은 편평한 비성형 압연의 형태를 취하고, 그리고 마지막 열처리는 압연되거나 또는 링에 삽입되거나 또는 와인딩되는 스프링에 대해 수행된다. 보다 구체적으로, 와이어 드로잉 후에, 와이어는 실제 스프링이 캘린더링 또는 와인딩 또는 링에 삽입함으로써 제조되기 전에 편평하게 압연된다.
변형예에서, 연성 재료의 표면층은 피치가 스트립 두께의 배수가 아닌 밸런스 스프링을 형성하도록 디포짓된다. 또 다른 변형예에서, 연성 재료의 표면층은 피치가 가변적인 스프링을 형성하도록 디포짓된다.
따라서, 특정한 시계학적 적용에서, 0.3 내지 1 밀리미터의 최종 직경에서 와이어에 대해 10 내지 500 마이크로미터의 두께를 유지하도록 드로잉 및 와이어 드로잉에 의한 와이어의 성형을 용이하게 하기 위하여 연성 재료 또는 구리는 주어진 시간에 디포짓된다. 연성 재료 또는 구리의 표면층은 특히 에칭에 의해서, 와이어로부터 제거되고, 그리고 나서 실제 스프링이 제조되기 전에 편평하게 압연된다.
연성 재료 또는 구리의 첨가는 갈바닉 (galvanic) 또는 기계적 프로세스일 수도 있고, 이 때 이것은 거친 직경을 갖는 니오븀-티타늄 합금 바에 끼워 맞춤되고 나서 복합 바를 변형시키는 단계들 동안 박육화되는 연성 재료 또는 구리의 슬리브 또는 튜브이다.
표면층은, 특히, 에칭에 의해서, 시안화물 또는 산계 용액, 예를 들어 질산으로 제거될 수 있다.
따라서, 본 발명은 일반적으로 60 질량% 의 티타늄을 갖는 니오븀-티타늄 합금으로 제조된 나선형 메인 스프링을 제조할 수 있게 한다.
변형 및 열처리 단계들의 적합한 조합으로, β상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체 및 α상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체를 포함하는 매우 얇은 층상의 2 상 미세 조직 (특히, 나노미터의 미세 조직) 을 얻을 수 있다. α상 티타늄 함량은 10 부피% 를 초과한다. 이 합금은 와이어의 경우 적어도 1000 MPa 초과, 또는 1500 MPa 초과, 또는 심지어 2000 MPa 의 매우 높은 탄성 한계, 및 60 GPa 내지 80 GPa 정도의 매우 낮은 탄성 계수를 조합한다. 이런 특성들의 조합은 메인 스프링 또는 밸런스 스프링에 매우 적합하다. 이런 니오븀-티타늄 합금은 와이어 드로잉에 의한 변형을 크게 촉진시키는 연성 재료 또는 구리로 용이하게 코팅될 수 있다.
이런 합금은 자기 공명 영상 디바이스들 또는 입자 가속기들과 같은 초전도체들의 제조에 공지 및 사용되지만, 시계학에는 사용되지 않는다. 이런 얇은 2 상 미세 조직은 물리적인 이유들로 초전도체들의 경우에 바람직하고, 그리고 합금의 기계적 특성들을 향상시키는 웰컴 사이드 이펙트 (welcome side effect) 가 있다.
이런 합금은 특히 메인 스프링을 제조하고, 또한 밸런스 스프링들을 제조하는데 적합하다.
본 발명의 구현을 위해 상기 언급된 타입의 니오븀 및 티타늄을 함유하는 이원 합금은 또한 나선형 와이어로서 사용될 수 있으며; 상기 이원 합금은 와치들의 일반적인 작동 온도 범위 내에서 사실상 제로의 열 탄성 계수를 갖는 Elinvar 와 유사한 효과를 갖고, 그리고 온도 보상 밸런스 스프링들의 제조, 특히 60% 내지 최대 85% 의 티타늄의 질량 비율을 갖는 니오븀-티타늄 합금들에 적합하다.

Claims (23)

  1. 2 상 조직을 갖는 나선형 타임피스 스프링으로서,
    상기 나선형 타임피스 스프링의 재료는 니오븀을 함유하는 티타늄계 이원 합금이고, 상기 합금은,
    - 니오븀: 100% 에 대한 나머지;
    - 엄밀하게 총량의 60.0% 초과이고 총량의 85.0% 이하인 질량 비율의 티타늄,
    - O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al 중에서 미량들의 다른 성분들로서, 상기 미량들의 다른 성분들 각각은 총량의 0 내지 1600 질량ppm 으로 이루어지고, 그리고 이들 미량들의 합은 0.3 질량% 이하인, 상기 미량들의 다른 성분들을 함유하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금은 총량의 65.0% 이상이고 총량의 85.0% 이하인 질량 비율의 티타늄을 함유하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 합금은 총량의 70.0% 이상이고 총량의 85.0% 이하인 질량 비율의 티타늄을 함유하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 합금은 엄밀하게 총량의 76.0% 초과이고 총량의 85.0% 이하인 질량 비율의 티타늄을 함유하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금은 총량의 80.0% 이하인 질량 비율의 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링.
  6. 제 1 항에 있어서,
    티타늄 및 니오븀의 총 질량 비율은 총량의 99.7% 내지 100% 로 이루어진 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 나선형 타임피스 스프링은 β상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체 및 α상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체를 포함하는 2 상 미세 조직을 가지며, 상기 α상 티타늄의 함량은 10 부피% 초과인 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 타임피스 스프링은 메인 스프링인 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 타임피스 스프링은 밸런스 스프링인 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링.
  10. 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법으로서, 이하의 단계들,
    - 니오븀 및 티타늄을 함유하는 이원 합금으로부터 블랭크를 제조하는 단계로서, 상기 합금은,
    - 니오븀: 100% 에 대한 나머지;
    - 총량의 60.0% 이상이고 총량의 85.0% 이하인 질량 비율의 티타늄,
    - O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al 중에서 미량들의 다른 성분들로서, 상기 미량들의 다른 성분들 각각은 총량의 0 내지 1600 질량ppm 으로 이루어지고, 그리고 이들 미량들의 합은 0.3 질량% 이하인, 상기 미량들의 다른 성분들을 함유하는, 상기 제조하는 단계;
    - 상기 합금의 전체 조직이 베타가 되도록 주어진 직경에서 사전 베타 켄칭 처리를 포함하는 처리 사이클을 수행하고, 이어서 β상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체 및 α상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체를 포함하는 2 상 미세 조직이 얻어질 때까지, 상기 합금에 열처리들과 교호하는 변형들의 적용을 포함하는 일련의 변형/석출 열처리 시퀀스들의 쌍들을 적용하는 단계로서, 상기 α상 티타늄의 함량은 10 부피% 초과이고, 탄성 한계는 1000 MPa 이상이고, 그리고 탄성 계수는 60 GPa 초과이고 80 GPa 이하인, 상기 적용하는 단계;
    - 둥근 단면, 및 롤러 프레스 또는 와인더 아버의 진입 단면과 호환 가능하게 비성형 압연된 직사각형 프로파일의 와이어 또는 링에 삽입될 와이어를 얻기 위하여 와이어 드로잉하는 단계;
    - 첫 번째의 와인딩 전에 메인 스프링을 형성하기 위하여 높은 음자리표의 형상으로 코일들을 형성하거나, 또는 밸런스 스프링을 형성하기 위하여 와인딩하거나, 또는 메인 스프링을 형성하기 위하여 링에 삽입하여 열처리하는 단계가 연속적으로 구현되는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    마지막 변형상은 편평한 비성형 압연의 형태로 수행되고, 그리고
    마지막 열처리는 캘린더링되거나 또는 링에 삽입되거나 또는 와인딩되는 스프링에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 합금은 β상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체 및 α상 티타늄을 갖는 니오븀의 고용체를 포함하는 2 상 미세 조직이 얻어질 때까지, 열처리들과 교호하는 변형들의 적용을 포함하는 변형/석출 열처리 시퀀스들의 쌍들을 거치게 되고,
    상기 α상 티타늄의 함량은 10 부피% 초과이고,
    탄성 한계는 2000 MPa 이상이고,
    처리 사이클은 상기 합금의 전체 조직이 베타가 되도록 주어진 직경에서 사전 베타 켄칭 처리를, 이어서 일련의 상기 변형/석출 열처리 시퀀스들의 쌍들을 포함하고,
    각각의 변형은 1 내지 5 로 이루어진 주어진 변형률로 수행되고,
    전체 일련의 상들에 걸쳐서 변형들의 전체 누적은 1 내지 14 로 이루어진 총 변형률을 제공하고, 그리고
    상기 일련의 변형/석출 열처리 시퀀스들의 쌍들은 매번 α상 Ti 의 석출 열처리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 베타 켄칭 처리는 진공 하에서, 700℃ 내지 1000℃ 로 이루어진 온도에서 5 분 내지 2 시간으로 이루어진 지속 시간 동안, 용액 처리한 후, 가스 냉각하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 베타 켄칭 처리는 진공하에서, 800℃ 에서 1 시간 동안, 용액 처리한 후, 가스 냉각하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    변형/석출 열처리 시퀀스들의 각각의 쌍은 350℃ 내지 700℃ 로 이루어진 온도에서 1 시간 내지 80 시간으로 이루어진 지속 시간의 석출 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    변형/석출 열처리 시퀀스들의 각각의 쌍은 380℃ 내지 650℃ 로 이루어진 온도에서 1 시간 내지 10 시간으로 이루어진 지속 시간의 석출 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    변형/석출 열처리 시퀀스들의 각각의 쌍은 450℃ 에서 1 시간 내지 12 시간의 지속 시간의 석출 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 제조 방법은 1 내지 5 개의 변형/석출 열처리 시퀀스들의 쌍들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 변형/석출 열처리 시퀀스들의 제 1 쌍은 단면이 적어도 30% 감소된 제 1 변형을 포함하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 변형/석출 열처리 시퀀스들의 제 1 쌍의 각각은, 상기 제 1 변형 외에도, 단면이 적어도 25% 감소된 2 개의 석출 열 처리들 사이에 하나의 변형을 포함하는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  21. 제 10 항에 있어서,
    상기 합금의 상기 블랭크를 제조한 후, 그리고 상기 와이어 드로잉 이전에, 드로잉, 와이어 드로잉 및 비성형 압연에 의한 상기 와이어의 성형을 용이하게 하기 위하여 구리, 니켈, 쿠프로 니켈 (cupronickel), 쿠프로 망간, 금, 은, 니켈-인 Ni-P 및 니켈-붕소 Ni-B 또는 이와 유사한 것 중에서 선택된 연성 재료의 표면층이 상기 블랭크에 첨가되고, 그리고
    상기 와이어 드로잉 후, 또는 상기 비성형 압연 후, 또는 후속 캘린더링 또는 와인딩 또는 링에 삽입하는 작업 후, 연성 재료의 상기 표면층은 에칭에 의해서 상기 와이어로부터 제거되는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 와이어 드로잉 후에, 상기 와이어는 실제 스프링이 캘린더링 또는 와인딩 또는 링에 삽입함으로써 제조되기 전에 편평하게 압연되는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    연성 재료의 상기 표면층은 피치가 일정하고 스트립 두께의 배수가 아닌 스프링을 형성하도록 디포짓되는 것을 특징으로 하는, 나선형 타임피스 스프링의 제조 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD959241S1 (en) * 2020-12-21 2022-08-02 Time4Machine Inc. Spring for a construction toy
EP4060425A1 (fr) 2021-03-16 2022-09-21 Nivarox-FAR S.A. Spiral pour un mouvement horloger

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070193662A1 (en) * 2005-09-13 2007-08-23 Ati Properties, Inc. Titanium alloys including increased oxygen content and exhibiting improved mechanical properties
WO2018172164A1 (fr) * 2017-03-24 2018-09-27 Universite De Lorraine ALLIAGE DE TITANE ß METASTABLE, RESSORT D'HORLOGERIE A BASE D'UN TEL ALLIAGE ET SON PROCEDE DE FABRICATION

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1521206A (fr) * 1966-06-08 1968-04-12 Vacuumschmelze Gmbh Procédé pour la préparation d'alliages non ferromagnétiques dont le coefficient de température du module d'élasticité est réglable, ainsi que les produits conformes à ceux obtenus par le présent procédé ou procédé similaire
JPS52147511A (en) * 1976-06-02 1977-12-08 Furukawa Electric Co Ltd:The Anticorrosive high strength neobium alloy and its production
EP0484931B1 (en) * 1990-11-09 1998-01-14 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Sintered powdered titanium alloy and method for producing the same
DE60030246T2 (de) 1999-06-11 2007-07-12 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Titanlegierung und verfahren zu deren herstellung
JP2002332531A (ja) * 1999-06-11 2002-11-22 Toyota Central Res & Dev Lab Inc チタン合金およびその製造方法
US6402859B1 (en) 1999-09-10 2002-06-11 Terumo Corporation β-titanium alloy wire, method for its production and medical instruments made by said β-titanium alloy wire
EP1258786B1 (fr) * 2001-05-18 2008-02-20 Rolex Sa Spiral auto-compensateur pour oscillateur mécanique balancier-spiral
US6918974B2 (en) * 2002-08-26 2005-07-19 General Electric Company Processing of alpha-beta titanium alloy workpieces for good ultrasonic inspectability
JP2005140674A (ja) * 2003-11-07 2005-06-02 Seiko Epson Corp 時計用ばね、ぜんまい、ひげぜんまい、及び時計
CN102713770B (zh) 2009-12-09 2015-11-25 劳力士有限公司 用于制造钟表用弹簧的方法
US20120076686A1 (en) * 2010-09-23 2012-03-29 Ati Properties, Inc. High strength alpha/beta titanium alloy
JP6247813B2 (ja) * 2012-08-08 2017-12-13 株式会社神戸製鋼所 ＮｂＴｉ系超電導線材
EP2891724B1 (en) 2012-08-31 2018-07-04 Citizen Watch Co., Ltd. Hair spring material for mechanical clock and hair spring using same
RU2525003C1 (ru) * 2013-08-07 2014-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ-Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского" (МАТИ) Сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него
WO2015189278A2 (fr) * 2014-06-11 2015-12-17 Cartier Création Studio Sa Oscillateur pour un ensemble de balancier-spiral d'une pièce d'horlogerie

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070193662A1 (en) * 2005-09-13 2007-08-23 Ati Properties, Inc. Titanium alloys including increased oxygen content and exhibiting improved mechanical properties
JP5192382B2 (ja) * 2005-09-13 2013-05-08 エイティーアイ・プロパティーズ・インコーポレーテッド 増大した酸素含有量を有していて改善された機械的特性を示すチタン合金
EP1943366B1 (en) * 2005-09-13 2018-12-05 ATI Properties LLC Titanium alloys including increased oxygen content and exhibiting improved mechanical properties
WO2018172164A1 (fr) * 2017-03-24 2018-09-27 Universite De Lorraine ALLIAGE DE TITANE ß METASTABLE, RESSORT D'HORLOGERIE A BASE D'UN TEL ALLIAGE ET SON PROCEDE DE FABRICATION

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