RU2793588C1 - Clockwork spiral spring - Google Patents
Clockwork spiral spring Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793588C1 RU2793588C1 RU2022106606A RU2022106606A RU2793588C1 RU 2793588 C1 RU2793588 C1 RU 2793588C1 RU 2022106606 A RU2022106606 A RU 2022106606A RU 2022106606 A RU2022106606 A RU 2022106606A RU 2793588 C1 RU2793588 C1 RU 2793588C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- content
- coil spring
- equal
- alloy
- spring according
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к спиральной пружине, предназначенной для установки на балансе часового механизма. Оно также относится к способу изготовления указанной спиральной пружины.The present invention relates to a coil spring intended to be mounted on the balance of a clockwork. It also relates to a method for manufacturing said helical spring.
Уровень техникиState of the art
Изготовление спиральных пружин для производства часов, должно решить некоторые задачи, которые часто на первый взгляд кажутся несовместимыми:The manufacture of coil springs for the production of watches must solve some problems that often seem incompatible at first glance:
- необходимость обеспечения высокого предела упругости,- the need to ensure a high elastic limit,
- простота изготовления, в частности, с помощью волочения и прокатки,- ease of manufacture, in particular by drawing and rolling,
- исключительная усталостная прочность,- exceptional fatigue strength,
- стабильность технических характеристик во времени,- stability of technical characteristics over time,
- малые сечения.- small sections.
Сплав, выбранный для изготовления спиральной пружины, также должен иметь свойства, обеспечивающие поддержание хронометрических характеристик вне зависимости от колебания температур при использовании часов, содержащих такую спиральную пружину. В таком случае большое значение имеет температурный коэффициент упругости, также именуемый TEC сплава. Для изготовления хронометрического генератора колебаний с балансом из сплава CuBe или никелевого серебра должен быть обеспечен TEC+/- 10 млн-1/°C.The alloy chosen for the coil spring must also have properties that ensure that chronometric performance is maintained regardless of temperature fluctuations when using a watch containing such a coil spring. In such a case, the temperature coefficient of elasticity, also referred to as the TEC of the alloy, is of great importance. For the manufacture of a chronometric oscillator with a balance of CuBe alloy or nickel silver, a TEC +/- 10 ppm /°C must be provided.
Ниже приведена формула, связывающая TEC сплава и коэффициенты расширения спирали (α) и баланса (β) с температурным коэффициентом (TC) генератора колебаний:Below is the formula relating the TEC of the alloy and the expansion coefficients of the helix (α) and balance (β) to the temperature coefficient (TC) of the oscillator:
где переменные M и T - соответственно ход в с/сут и температура в °C, E - модуль Юнга спиральной пружины с (1/E. dE/dT), что является TEC сплава спиральной пружины, коэффициенты выражаются в °C-1.where the variables M and T are respectively the stroke in s/day and the temperature in °C, E is the Young's modulus of the coil spring with (1/E. dE/dT), which is the TEC of the coil spring alloy, the coefficients are expressed in °C -1 .
Фактически, TC вычисляется, как указано ниже.In fact, TC is calculated as below.
с полученной величиной, которая должна составлять от -0,6 до+0,6 с/сут °C.with the obtained value, which should be from -0.6 to + 0.6 s / day °C.
Из существующего уровня техники известны спиральные пружины для производства часов, изготавливаемые из двойных сплавов Nb-Ti с процентным содержанием Ti 40 - 60 мас.% и, в частности, с процентным содержанием Ti 47 мас.%. Согласно расчетной диаграмме деформирование-термообработка эта спиральная пружина имеет двухфазную микроструктуру, включающую ниобий в бета-фазе и титан в форме выделений в альфа-фазе. Холоднодеформированный Nb в бета-фазе имеет сильно положительный TEC, в то время как Ti в альфа-фазе имеет сильно отрицательный TEC, позволяя двухфазному сплаву принимать значение TEC почти равное нулю, что особенно благоприятно для TC.Coil springs for watchmaking are known from the prior art and are made from Nb-Ti binary alloys with a Ti percentage of 40 to 60 wt.% and in particular with a Ti percentage of 47 wt.%. According to the deformation-heat treatment diagram, this helical spring has a two-phase microstructure, including niobium in the beta phase and titanium in the form of precipitates in the alpha phase. Cold-worked Nb in the beta phase has a strongly positive TEC, while Ti in the alpha phase has a strongly negative TEC, allowing the two-phase alloy to take on a TEC value close to zero, which is especially favorable for TC.
Однако при использовании двойных сплавов Nb-Ti для изготовления спиральных пружин имеются несколько недостатков. Двойной сплав Nb-Ti является особенно благоприятным для низкого TC, как упомянуто выше. С другой стороны, его состав не оптимизирован в отношении вторичной погрешности, которая является оценкой кривизны хода, которая определяется с помощью прямой линии, проходящей через две точки (8°C и 38°C). Ход может отклоняться от этой линейной характеристики между 8°C и 38°C, и вторичная погрешность при 23°C является оценкой этого отклонения при температуре 23°C. Для сплава NbTi47 вторичная погрешность составляет 4,5 с/сут, однако предпочтительно она должна составлять от -3 до+3 с/сут.However, there are several disadvantages when using dual Nb-Ti alloys for making coil springs. The dual Nb-Ti alloy is particularly favorable for low TC as mentioned above. On the other hand, its composition is not optimized with regard to the secondary error, which is an estimate of the curvature of the course, which is determined using a straight line passing through two points (8°C and 38°C). The run may deviate from this linear characteristic between 8°C and 38°C, and the secondary error at 23°C is an estimate of this deviation at 23°C. For the NbTi47 alloy, the secondary error is 4.5 s/day, but preferably it should be from -3 to +3 s/day.
Другой недостаток двойных сплавов Nb-Ti относится к выделению титана, которое имеет место в основном после этапа навивки во время этапа фиксации. Этот этап является критически важным, поскольку он позволяет зафиксировать форму спиральной пружины и получить TC после выделения Ti, равное почти нулю. Практически, время выделения очень длительное, и для сплава NbTi47 это время составляют 8 - 30 часов, в среднем приблизительно 20 часов, что значительно увеличивает время изготовления. Помимо проблемы длительного времени изготовления слишком высокое процентное содержание титана может привести к формированию хрупких мартенситных фаз, что делает сложным или даже невозможным деформирование материала для изготовления спиральной пружины. Таким образом, целесообразно не добавлять слишком много титана в сплав.Another disadvantage of Nb-Ti binary alloys relates to titanium precipitation, which occurs mainly after the winding step during the fixing step. This step is critical because it allows the shape of the helical spring to be fixed and a TC to be obtained after the release of Ti, which is almost zero. In practice, the extraction time is very long, and for the NbTi47 alloy, this time is 8 to 30 hours, averaging about 20 hours, which greatly increases the production time. In addition to the problem of long manufacturing times, too high a percentage of titanium can lead to the formation of brittle martensitic phases, making it difficult or even impossible to deform the coil spring material. Thus, it is advisable not to add too much titanium to the alloy.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить новый химический состав спиральной пружины, позволяющий устранить вышеперечисленные недостатки.The object of the present invention is to propose a new coil spring chemistry that overcomes the above disadvantages.
С этой целью изобретение относится к спиральной пружине часов, изготавливаемой по меньшей мере из тройного сплава на основе ниобия и титана. Согласно изобретению Nb частично заменяется танталом Та и/или ванадием V для уменьшения вторичной погрешности. Преимущественно, Ti частично заменяется цирконием Zr и/или гафнием Hf для ускорения выделений или, другими словами, для увеличения движущей силы выделений во время фиксации, в то же время сохраняя такой же TC. Кроме того, присутствие в сплаве по меньшей мере трех элементов в значительном количестве позволяет повысить механические свойства и, в частности, предел упругости сплава.To this end, the invention relates to a clock coil spring made from at least a ternary alloy based on niobium and titanium. According to the invention, Nb is partly replaced by tantalum Ta and/or vanadium V in order to reduce the secondary error. Preferably, Ti is partially replaced by zirconium Zr and/or hafnium Hf to accelerate the releases or in other words to increase the driving force of the releases during fixation while maintaining the same TC. In addition, the presence in the alloy of at least three elements in a significant amount makes it possible to increase the mechanical properties and, in particular, the elastic limit of the alloy.
Более конкретно, настоящее изобретение относится к спиральной пружине, предназначенной для установки на балансе часового механизма, причем указанная спиральная пружина изготовлена из по меньшей мере тройного сплава, состоящего из:More specifically, the present invention relates to a coil spring intended to be mounted on the balance of a clockwork, said coil spring being made from at least a ternary alloy consisting of:
- Nb, Ti и по меньшей мере одного элемента, выбранного из V и Ta,- Nb, Ti and at least one element selected from V and Ta,
- при необходимости по меньшей мере одного элемента, выбранного из Zr и Hf,- optionally at least one element selected from Zr and Hf,
- при необходимости по меньшей мере одного элемента, выбранного из W и Mo,- optionally at least one element selected from W and Mo,
- возможно следов других элементов, выбранных из O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al,- possibly traces of other elements selected from O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al,
при следующем содержании элементов, мас.%:with the following content of elements, wt.%:
- суммарное содержание Nb, V и Ta составляет 40 - 85%,- the total content of Nb, V and Ta is 40 - 85%,
- суммарное содержание Ti, Zr и Hf составляет 15 - 55%,- the total content of Ti, Zr and Hf is 15 - 55%,
- содержание W и Mo каждого составляет 0 - 2,5%,- the content of W and Mo each is 0 - 2.5%,
- содержание каждого из указанных элементов, выбранных из O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al, составляет 0 - 1600 млн-1 с суммой указанных следовых элементов меньше или равной 0,3 мас.%.- the content of each of these elements, selected from O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al, is 0 - 1600 ppm with the sum of these trace elements is less than or equal to 0.3 wt.%.
Предпочтительно, содержание Nb должно быть больше 45 мас.% с целью получения достаточного процентного содержания бета-фазы, имеющей сильно положительный TEC, предназначенный для компенсации отрицательным TEC альфа-фазы Ti, Zr, Hf.Preferably, the content of Nb should be greater than 45 wt.% in order to obtain a sufficient percentage of the beta phase, having a strongly positive TEC, designed to compensate for the negative TEC of the alpha phase Ti, Zr, Hf.
Предпочтительно, содержание Ti составляет по меньшей мере 15 мас.%.Preferably, the Ti content is at least 15% by weight.
Изобретение также относится к способу изготовления указанной спиральной пружины для часов.The invention also relates to a method for manufacturing said clock coil spring.
Другие признаки и преимущества изобретения станут понятными из приведенного ниже подробного описания.Other features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description.
Подробное описаниеDetailed description
Настоящее изобретение относится к спиральной пружине для часов, изготовленной по меньшей мере из тройного сплава, содержащего ниобий и титан и один или несколько дополнительных элементов.The present invention relates to a clock coil spring made from at least a ternary alloy containing niobium and titanium and one or more additional elements.
Согласно изобретению, указанный сплав состоит из:According to the invention, said alloy consists of:
- Nb, Ti и по меньшей мере одного элемента, выбранного из V и Ta,- Nb, Ti and at least one element selected from V and Ta,
- при необходимости по меньшей мере одного элемента, выбранного из Zr и Hf,- optionally at least one element selected from Zr and Hf,
- при необходимости по меньшей мере одного элемента, выбранного из W и Mo,- optionally at least one element selected from W and Mo,
- возможно следов других элементов, выбранных из O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al,- possibly traces of other elements selected from O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al,
при следующем массовом содержании элементов, суммарное количество которых составляет 100%:with the following mass content of elements, the total amount of which is 100%:
- суммарное содержание Nb, V и Ta составляет 40 - 85%, предпочтительно с содержанием Nb больше 45% или даже больше или равным 50%,- the total content of Nb, V and Ta is 40 - 85%, preferably with a content of Nb greater than 45% or even greater than or equal to 50%,
- суммарное содержание Ti, Zr и Hf составляет 15 - 55% предпочтительно с минимальным содержанием Ti равным 15%,- the total content of Ti, Zr and Hf is 15 - 55%, preferably with a minimum Ti content of 15%,
- содержание W и Mo каждого составляет 0 - 2,5%,- the content of W and Mo each is 0 - 2.5%,
- содержание каждого из указанных элементов, выбранных из O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al, составляет 0 - 1600 млн-1 с суммой указанных следовых элементов меньше или равной 0,3 мас.%.- the content of each of these elements, selected from O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al, is 0 - 1600 ppm with the sum of these trace elements is less than or equal to 0.3 wt.%.
Согласно изобретению, Nb частично заменяется танталом Ta и/или ванадием V. Частичная замена Nb танталом Ta и/или ванадием V служит для уменьшения вторичной погрешности. Для того чтобы показать влияние V и Ta на вторичную погрешность, были проведены испытания двойных сплавов Nb-V и Nb-Ta. Вторичную погрешность измеряли при 23°C. Существует различие в ходе при 23°C по отношению к прямой линии, связывающей ход при 8°C с ходом при 38°C. Например, ход при 8°C, 23°C и 38°C может измеряться с помощью прибора типа хроноскопа производства компании Witschi.According to the invention, Nb is partially replaced by tantalum Ta and/or vanadium V. The partial replacement of Nb by tantalum Ta and/or vanadium V serves to reduce the secondary error. In order to show the effect of V and Ta on the secondary error, Nb-V and Nb-Ta binary alloys were tested. The secondary error was measured at 23°C. There is a difference in the stroke at 23°C with respect to the straight line connecting the stroke at 8°C with the stroke at 38°C. For example, the stroke at 8°C, 23°C and 38°C can be measured with a chronoscope type instrument manufactured by Witschi.
Ниже в таблице 1 приведены справочные данные для чистого Nb, чистого V, чистого Ta и сплава NbTi47 и значения, полученные как функция процентного содержания по массе V и Ta в двойном сплаве Nb-V и Nb-Ta соответственно. Чистый Nb имеет вторичную погрешность при 23°C, равную -6,6 с/сут.Выделение Ti в сплаве NbTi47 компенсирует отрицательное влияние Nb, однако, с чрезмерным увеличением величины, достигающей 4,5 с/сут, другими словами, дельта составляет 11 с/сут после добавления Ti. Чистый ванадий и чистый тантал имеют значительно бóльшую отрицательную вторичную погрешность, чем чистый ниобий со значениями -24,9 с/сут и -28,7 с/сут соответственно. Частичная замена Nb ванадием V и/или танталом Ta позволяет уменьшить вторичную погрешность до отрицательных значений меньше -7 с/сут.Таким образом, увеличение замены Nb ванадием V и/или танталом Ta в диапазоне 5 - 25% снижает вторичную погрешность приблизительно от -7 с/сут до -12 с/сут.Таким образом, для достижения указанного диапазона значений Nb можно заменять ванадием V и/или танталом Ta или комбинацией V и Ta. Вторичная погрешность составляет от -7 с/сут до -12 с/сут в случае присутствия только Ta, только V или суммарного содержания Ta и V от 5 мас.до 25 мас.%. Предпочтительно, вторичная погрешность составляет от -9 с/сут до -12 с/сут в случае присутствия только Ta, только V или суммарного содержания Ta и V от 10 мас.% до 25 мас.%. или более предпочтительно от 15 мас.% до 25 мас.%. Добавление в сплав Nb-V/Ta одного или нескольких элементов, образующих альфа-фазу выделений во время фиксации, позволяет компенсировать это отрицательное значение и достичь значения, близкого к 0 с/сут.Предпочтительно, содержание элемента (элементов), образующих альфа-фазу выделений, составляет 15 - 55 мас.%. Элементом, образующим альфа-фазу, является по меньшей мере Ti предпочтительно с минимальным содержанием 15%. Помимо Ti этим элементом может быть Hf и/или Zr, который образует с Ti отдельную альфа-фазу выделений во время этапа фиксации. Когда сплав содержит Zr и/или Hf, суммарное содержание Zr и Hf составляет 1 - 40 мас.%, предпочтительно 5 - 25 мас.%, более предпочтительно 10 - 25 мас.%, еще более предпочтительно 15 - 25 мас.%.Table 1 below provides reference data for pure Nb, pure V, pure Ta, and NbTi47 alloy, and values obtained as a function of the mass percentage of V and Ta in the Nb-V and Nb-Ta binary alloy, respectively. Pure Nb has a secondary error at 23°C of -6.6 s/d. s/day after the addition of Ti. Pure vanadium and pure tantalum have a significantly larger negative secondary error than pure niobium with values of -24.9 s/day and -28.7 s/day, respectively. Partial replacement of Nb with vanadium V and/or tantalum Ta makes it possible to reduce the secondary error to negative values less than -7 s/day. s/day to -12 s/day. Thus, to achieve the specified range of values, Nb can be replaced by vanadium V and/or tantalum Ta, or a combination of V and Ta. The secondary error ranges from -7 s/day to -12 s/day in the case of the presence of only Ta, only V, or the total content of Ta and V from 5 wt. to 25 wt.%. Preferably, the secondary error is from -9 s/day to -12 s/day in the case of the presence of only Ta, only V, or the total content of Ta and V from 10 wt.% to 25 wt.%. or more preferably from 15 wt.% to 25 wt.%. The addition of one or more alpha-forming elements during fixation to the Nb-V/Ta alloy makes it possible to compensate for this negative value and achieve a value close to 0 s/day. Preferably, the content of the alpha-phase forming element(s) secretions, is 15 - 55 wt.%. The element forming the alpha phase is at least Ti, preferably with a minimum content of 15%. In addition to Ti, this element can be Hf and/or Zr, which forms with Ti a separate alpha phase of the precipitates during the fixation step. When the alloy contains Zr and/or Hf, the total content of Zr and Hf is 1-40 wt.%, preferably 5-25 wt.%, more preferably 10-25 wt.%, even more preferably 15-25 wt.%.
мас.%V/Ta
wt%
Сплав также может включать в себя W и Mo с массовым содержанием каждого из указанных элементов 0 - 2,5% для увеличения модуля Юнга сплава, что позволяет для заданного крутящего момента пружины уменьшить толщину спирали и, следовательно, уменьшить вес спирали.The alloy may also include W and Mo with a mass content of each of these elements of 0 - 2.5% to increase the Young's modulus of the alloy, which allows for a given spring torque to reduce the thickness of the spiral and, therefore, reduce the weight of the spiral.
Как особое преимущество, сплав, используемый в настоящем изобретении, не содержит других элементов за исключением возможных и неизбежных примесей.As a particular advantage, the alloy used in the present invention does not contain other elements except for possible and unavoidable impurities.
В частности, процентное содержание по массе кислорода меньше или равно 0,10% от общей массы или даже меньше или равно 0,085% от общей массы.In particular, the percentage by mass of oxygen is less than or equal to 0.10% of the total mass, or even less than or equal to 0.085% of the total mass.
В частности, процентное содержание по массе углерода меньше или равно 0,04% от общей массы, в частности, меньше или равно 0,020% от общей массы, или даже меньше или равно 0,0175% от общей массы.In particular, the percentage by mass of carbon is less than or equal to 0.04% of the total mass, in particular, less than or equal to 0.020% of the total mass, or even less than or equal to 0.0175% of the total mass.
В частности, процентное содержание по массе железа меньше или равно 0,03% от общей массы, в частности, меньше или равно 0,025% от общей массы, или даже меньше или равно 0,020% от общей массы.In particular, the weight percentage of iron is less than or equal to 0.03% of the total mass, in particular less than or equal to 0.025% of the total mass, or even less than or equal to 0.020% of the total mass.
Процентное содержание по массе азота меньше или равно 0,02% от общей массы, в частности, меньше или равно 0,015% от общей массы, или даже меньше или равно 0,0075% от общей массы.The percentage by mass of nitrogen is less than or equal to 0.02% of the total mass, in particular less than or equal to 0.015% of the total mass, or even less than or equal to 0.0075% of the total mass.
Процентное содержание по массе водорода меньше или равно 0,10% от общей массы, в частности, меньше или равно 0,0035% от общей массы, или даже меньше или равно 0,0005% от общей массы.The mass percentage of hydrogen is less than or equal to 0.10% of the total mass, in particular less than or equal to 0.0035% of the total mass, or even less than or equal to 0.0005% of the total mass.
Процентное содержание по массе кремния меньше или равно 0,01% от общей массы.The percentage by mass of silicon is less than or equal to 0.01% of the total mass.
Процентное содержание по весу никеля меньше или равно 0,01% от общей массы, в частности, меньше или равно 0,16% от общей массы.The percentage by weight of nickel is less than or equal to 0.01% of the total mass, in particular less than or equal to 0.16% of the total mass.
Процентное содержание по массе меди меньше или равно 0,01% от общей массы, в частности, меньше или равно 0,005% от общей массы.The percentage by mass of copper is less than or equal to 0.01% of the total mass, in particular less than or equal to 0.005% of the total mass.
Процентное содержание по массе алюминия меньше или равно 0,01% от общей массы.The percentage by mass of aluminum is less than or equal to 0.01% of the total mass.
Предпочтительно, указанная спиральная пружина имеет многофазную микроструктуру, включающую в себя отдельную бета-фазу ниобия, ванадия и/или тантала, и отдельную альфа-фазу титана и гафния и/или циркония, когда сплав содержит гафний и/или цирконий. В присутствии тантала и ванадия микроструктура также могла бы включать в себя интерметаллид типа TaV2. Для получения такой микроструктуры необходимо выделить альфа-фазу (Ti, Hf, Zr) посредством термообработки, как описано ниже.Preferably, said coil spring has a multi-phase microstructure including a separate beta phase of niobium, vanadium and/or tantalum and a separate alpha phase of titanium and hafnium and/or zirconium when the alloy contains hafnium and/or zirconium. In the presence of tantalum and vanadium, the microstructure could also include an intermetallic compound of the TaV 2 type. To obtain such a microstructure, it is necessary to isolate the alpha phase (Ti, Hf, Zr) by heat treatment as described below.
Спиральная пружина, изготовленная из этого сплава, имеет предел упругости выше или равный 500 МПа и более точно 500 - 1000 МПа. Преимущественно, она имеет модуль упругости выше или равный 100 ГПа и предпочтительно выше или равный 110 ГПа.A coil spring made from this alloy has an elastic limit greater than or equal to 500 MPa and more precisely 500 to 1000 MPa. Advantageously, it has an elastic modulus greater than or equal to 100 GPa and preferably greater than or equal to 110 GPa.
Изобретение также относится к способу изготовления спиральной пружины для часов, отличающемуся тем, что последовательно осуществляют следующие этапы:The invention also relates to a method for manufacturing a clock coil spring, characterized in that the following steps are carried out in succession:
a) изготовление или обеспечение наличия заготовки из сплава, состоящего из:a) making or making available an alloy billet consisting of:
- Nb, Ti и по меньшей мере одного элемента, выбранного из V и Ta,- Nb, Ti and at least one element selected from V and Ta,
- при необходимости по меньшей мере одного элемента, выбранного из Zr и Hf,- optionally at least one element selected from Zr and Hf,
- при необходимости по меньшей мере одного элемента, выбранного из W и Mo,- optionally at least one element selected from W and Mo,
- возможно следов других элементов, выбранных из O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al,- possibly traces of other elements selected from O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al,
при следующем массовом содержании элементов, суммарное количество которых составляет 100%:with the following mass content of elements, the total amount of which is 100%:
(суммарное содержание Nb, V и Ta составляет 40 - 85%, предпочтительно, с содержанием Nb больше 45%,(the total content of Nb, V and Ta is 40 - 85%, preferably with an Nb content of more than 45%,
(суммарное содержание Ti, Zr и Hf составляет 15 - 55%, предпочтительно, с минимальным содержанием Ti равным 15% (включая это значение),(the total content of Ti, Zr and Hf is 15 - 55%, preferably with a minimum Ti content of 15% (including this value),
(содержание W и Mo каждого составляет 0 - 2,5%,(W and Mo content of each is 0 - 2.5%,
(содержание каждого из указанных элементов, выбранных из O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al, составляет 0 - 1600 млн-1 с суммой указанных следовых элементов меньше или равной 0,3 мас.%,(the content of each of the specified elements selected from O, H, C, Fe, N, Ni, Si, Cu, Al is 0 - 1600 ppm with the sum of the specified trace elements less than or equal to 0.3 wt.%,
b) этап бета-закалки указанной заготовки, осуществляемый так, что титан и цирконий и гафний, когда они присутствуют, из указанного сплава, по существу, находятся в форме твердого раствора с ниобием, а также танталом и/или ванадием в бета-фазе;b) a step of beta-quenching said blank, such that the titanium and zirconium and hafnium, when present, of said alloy are substantially in the form of a solid solution with niobium and also tantalum and/or vanadium in the beta phase;
c) этап, на котором указанный сплав подвергается последовательности деформирования с промежуточной термообработкой. Деформирование означает деформирование посредством волочения и/или прокатки. При необходимости волочение может потребовать использования одной или нескольких фильер во время выполнения одной и той же последовательности или во время выполнения разных последовательностей. Волочение выполняется до тех пор, пока не будет получена проволока круглого сечения. Прокатка может выполняться в одной и той же последовательности деформирования, как и волочение, или в другой последовательности. Преимущественно, последняя последовательность при обработке сплава является прокаткой, предпочтительно с получением прямоугольного профиля, который соответствует входному сечению оси для навивки,c) a step in which said alloy is subjected to a sequence of deformation with an intermediate heat treatment. Deformation means deformation by drawing and/or rolling. If necessary, drawing may require the use of one or more dies during the execution of the same sequence or during the execution of different sequences. Drawing is carried out until a round wire is obtained. Rolling may be performed in the same deformation sequence as drawing, or in a different sequence. Preferably, the last sequence in the processing of the alloy is rolling, preferably with a rectangular profile, which corresponds to the entrance section of the axis to be wound,
d) этап навивки для формирования спиральной пружины с последующим заключительным этапом термообработки с фиксацией.d) a coiling step to form a helical spring followed by a final fixing heat treatment step.
Во время выполнения этих взаимосвязанных последовательностей деформирование-термообработка, каждое деформирование выполняют с заданным количеством деформирований от 1 до 5, причем это количество деформирований соответствует классической формуле 2ln(d0/d), где d0 - диаметр во время последней бета-закалки, и d - диаметр холоднодеформированной проволоки. Общее накопление деформирований в этом ряду последовательностей равно полному количеству деформирований от 1 до 14. Каждая взаимосвязанная последовательность деформирование-термообработка каждый раз включает в себя термообработку с выделением альфа-фазы (Ti, Zr и/или Hf).During these interlocking deformation-heat treatment sequences, each deformation is performed with a given number of deformations from 1 to 5, and this number of deformations corresponds to the classical formula 2ln(d0/d), where d0 is the diameter at the time of the last beta hardening, and d is cold-formed wire diameter. The total accumulation of strains in this series of sequences is equal to the total number of strains from 1 to 14. Each interconnected strain-heat treatment sequence each time includes heat treatment with separation of the alpha phase (Ti, Zr and/or Hf).
Бета-закалка перед выполнением последовательностей деформирование-термообработка представляет собой термообработку на твердый раствор продолжительностью от 5 минут до 2 часов при температуре 700 - 1000°C в вакууме с последующим охлаждением в газовой атмосфере. Более конкретно, указанная бета-закалка представляет собой термообработку на твердый раствор продолжительностью 1 час при температуре 800°C в вакууме с последующим охлаждением в газовой атмосфере.Beta quenching prior to deformation-heat treatment sequences is solution heat treatment for 5 minutes to 2 hours at a temperature of 700-1000°C in vacuum followed by cooling in a gaseous atmosphere. More specifically, said beta quenching is solution heat treatment for 1 hour at a temperature of 800° C. under vacuum, followed by cooling in a gaseous atmosphere.
Возвращаясь к взаимосвязанным последовательностям деформирование-термообработка, термообработка представляет собой термообработку с выделениями продолжительностью 1 - 200 часов при температуре 300 - 700°C. Более конкретно, продолжительность составляет 5 - 30 часов при температуре 400 - 600°C.Returning to the interrelated sequences of deformation-heat treatment, heat treatment is a heat treatment with precipitates lasting 1 to 200 hours at a temperature of 300 to 700°C. More specifically, the duration is 5 to 30 hours at 400 to 600°C.
Более конкретно, способ включает в себя от одной до пяти взаимосвязанных последовательностей деформирование-термообработка.More specifically, the method includes one to five interlocking deformation-heat treatment sequences.
Более конкретно, первая взаимосвязанная последовательность деформирование-термообработка включает в себя первое деформирование по меньшей мере с 30% обжатием по сечению.More specifically, the first interlocking warp-heat treatment sequence includes a first warp with at least 30% cross section reduction.
Более конкретно, каждая взаимосвязанная последовательность деформирование-термообработка, помимо первой, включает в себя одно деформирование между двумя термообработками по меньшей мере с 25% обжатием по сечению.More specifically, each interlocking deformation-heat treatment sequence, other than the first, includes one deformation between two heat treatments with at least 25% cross section reduction.
В частности, после такого изготовления указанной заготовки сплава и перед выполнением последовательностей деформирование-термообработка на дополнительном этапе к заготовке добавляется поверхностный слой пластичного материала из меди, никеля, купроникеля, купромарганца, золота, серебра, никель-фосфора Ni-P или никель-бора Ni-B и т.п. для способствования приданию формы проволоке во время деформирования. После выполнения последовательностей деформирование-термообработка или после этапа навивки с проволоки удаляют слой пластичного материала, в частности, посредством химического воздействия.In particular, after such production of the specified alloy billet and before performing the deformation-heat treatment sequences, at an additional stage, a surface layer of a plastic material made of copper, nickel, cupronickel, cupromanganese, gold, silver, nickel-phosphorus Ni-P or nickel-boron Ni is added to the billet. -B etc. to aid in shaping the wire during deformation. After the deformation-heat treatment sequences or after the winding step, the layer of ductile material is removed from the wire, in particular by chemical action.
Как вариант, поверхностный слой пластичного материала наносят для формирования спиральной пружины, шаг которой не является величиной, кратной толщине полотна. В другом варианте поверхностный слой пластичного материала наносят для формирования пружины, имеющий переменный шаг.Alternatively, a surface layer of plastic material is applied to form a coil spring whose pitch is not a multiple of the web thickness. In another embodiment, a surface layer of plastic material is applied to form a spring having a variable pitch.
В конкретном применении, относящемся к часам, пластичный материал или медь добавляют в заданный момент для способствования приданию формы проволоке, так чтобы его толщина на проволоке составляла 10 - 500 микрон при окончательном диаметре 0,3 - 1 миллиметр. С проволоки удаляют слой пластичного материала или меди, в частности, посредством химического воздействия, после чего она подвергается прокатке до плоского состояния перед изготовлением окончательной пружины посредством навивки.In a particular watch application, a ductile material or copper is added at a given time to assist in shaping the wire such that its thickness on the wire is 10-500 microns with a final diameter of 0.3-1 millimeter. A layer of ductile material or copper is removed from the wire, in particular by chemical action, after which it is rolled to a flat state before making the final coiled spring.
Подача пластичного материала или меди может выполняться гальваническим путем или даже механическим путем, и в этом случае оболочка или трубка из пластичного материала или меди, которая регулируется на прутке большого диаметра из сплава, утончается во время этапов деформирования составного прутка.The supply of ductile material or copper can be electroplated or even mechanical, in which case the ductile material or copper sheath or tube, which is adjusted on the large diameter alloy bar, is thinned during the deformation steps of the composite bar.
Удаление слоя, в частности, возможно посредством химического воздействия с помощью раствора на основе цианидов или кислот, например, на основе азотной кислоты.Removal of the layer is in particular possible by means of a chemical attack with a solution based on cyanides or acids, for example based on nitric acid.
Заключительная термообработка выполняется в течение 1 - 200 часов при температуре 300 - 700°C. Более конкретно, продолжительность составляет 5 - 30 часов при температуре 400 - 600°C. Во время указанной заключительной термообработки завершается выделение альфа-фазы. В присутствии гафния и/или циркония заключительная термообработка может быть уменьшена на несколько часов со временем выделения 4 - 8 часов с выдержкой при температуре 400 - 600°C.The final heat treatment is carried out for 1 - 200 hours at a temperature of 300 - 700°C. More specifically, the duration is 5 to 30 hours at 400 to 600°C. During said final heat treatment, the separation of the alpha phase is completed. In the presence of hafnium and/or zirconium, the final heat treatment can be reduced by several hours with a release time of 4 to 8 hours with holding at 400 to 600°C.
Благодаря приемлемому сочетанию последовательностей деформирования и термообработки существует возможность получения очень тонкой микроструктуры, которая, в частности, является нанометрической, включающей бета-фазу ниобия, тантала и/или ванадия и альфа-фазу титана и циркония и/или гафния. Этот сплав сочетает в себе очень высокий предел упругости выше по меньшей мере 500 МПа и модуль упругости выше или равный 100 ГПа. Это сочетание свойств является оптимальным для спиральной пружины. Кроме того, этот сплав по изобретению может быть легко покрыт пластичным материалом или медью, что в значительной степени способствует его деформированию посредством волочения.By a suitable combination of deformation and heat treatment sequences, it is possible to obtain a very fine microstructure, which is in particular nanometric, comprising a beta phase of niobium, tantalum and/or vanadium and an alpha phase of titanium and zirconium and/or hafnium. This alloy combines a very high elastic limit above at least 500 MPa and a modulus of elasticity greater than or equal to 100 GPa. This combination of properties is optimal for a coil spring. In addition, this alloy according to the invention can be easily coated with a ductile material or copper, which greatly contributes to its deformation by drawing.
Этот сплав, который является по меньшей мере тройным сплавом, содержащим ниобий, титан, тантал и/или ванадий, и выбран для осуществления изобретения, также демонстрирует эффект, подобный тому, что демонстрируют сплавы группы Elinvar при практически нулевом температурном коэффициенте упругости в обычном температурном диапазоне использования наручных часов, и подходит для использования при изготовлении самокомпенсирующихся спиральных пружин.This alloy, which is at least a ternary alloy containing niobium, titanium, tantalum and/or vanadium, and is selected for carrying out the invention, also exhibits an effect similar to that of the Elinvar group of alloys at substantially zero temperature coefficient of elasticity in the usual temperature range. wristwatch use, and is suitable for use in the manufacture of self-compensating coil springs.
Claims (40)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP21162936.5 | 2021-03-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793588C1 true RU2793588C1 (en) | 2023-04-04 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005045532A2 (en) * | 2003-11-07 | 2005-05-19 | Seiko Epson Corporation | Timepiece and mainspring |
| WO2015189278A3 (en) * | 2014-06-11 | 2016-04-07 | Cartier International Ag | Oscillator for a timepiece balance spring assembly |
| US20180373202A1 (en) * | 2017-06-26 | 2018-12-27 | Nivarox-Far S.A. | Spiral timepiece spring |
| RU2696327C1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-08-01 | Ниварокс-Фар С.А. | Spiral spring for a clock mechanism, in particular a wrist watch, and a method for making same |
| RU2696809C1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-08-06 | Ниварокс-Фар С.А. | Method of making a hair for a clock mechanism |
| RU2697060C1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-08-09 | Ниварокс-Фар С.А. | Clockwork hair and method of its manufacturing |
| RU2715832C1 (en) * | 2016-09-30 | 2020-03-03 | Ниварокс-Фар С.А. | Watch part containing high-entropy alloy |
| RU2727354C1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-07-21 | Ниварокс-Фар С.А. | Spiral titanium-based clock spring |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005045532A2 (en) * | 2003-11-07 | 2005-05-19 | Seiko Epson Corporation | Timepiece and mainspring |
| WO2015189278A3 (en) * | 2014-06-11 | 2016-04-07 | Cartier International Ag | Oscillator for a timepiece balance spring assembly |
| RU2715832C1 (en) * | 2016-09-30 | 2020-03-03 | Ниварокс-Фар С.А. | Watch part containing high-entropy alloy |
| US20180373202A1 (en) * | 2017-06-26 | 2018-12-27 | Nivarox-Far S.A. | Spiral timepiece spring |
| RU2696327C1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-08-01 | Ниварокс-Фар С.А. | Spiral spring for a clock mechanism, in particular a wrist watch, and a method for making same |
| RU2696809C1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-08-06 | Ниварокс-Фар С.А. | Method of making a hair for a clock mechanism |
| RU2697060C1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-08-09 | Ниварокс-Фар С.А. | Clockwork hair and method of its manufacturing |
| RU2727354C1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-07-21 | Ниварокс-Фар С.А. | Spiral titanium-based clock spring |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2763453C2 (en) | Spiral spring for clock | |
| CN109946945B (en) | Coil spring for a timepiece movement and method for manufacturing same | |
| CN109960132B (en) | Hairspring for timepiece movement and method for manufacturing same | |
| CN110007582B (en) | Method for manufacturing a balance spring for a timepiece movement | |
| CN111349814B (en) | Titanium base spiral clock spring | |
| JP2023171660A (en) | Spiral spring for horological movement | |
| JP2023184769A (en) | Spiral spring for horological movement | |
| CN112538587B (en) | Balance spring for a timepiece movement | |
| US11550263B2 (en) | Method for manufacturing a balance spring for a horological movement | |
| RU2793588C1 (en) | Clockwork spiral spring | |
| RU2801168C1 (en) | Clock mechanism spiral spring | |
| RU2756785C1 (en) | Balance spring for a clockwork and the method for its manufacture | |
| RU2801078C1 (en) | Balance spring for mechanism related to time measurement | |
| US20220413438A1 (en) | Spiral spring for a horological movement and manufacturing method thereof | |
| US11851737B2 (en) | Balance spring for a horological movement | |
| US11334028B2 (en) | Method for manufacturing a balance spring for a horological movement |