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用于鐘表機(jī)芯的擺輪游絲的制作方法
2024-03-23 13:51:08
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用于鐘表機(jī)芯的擺輪游絲的制作方法導(dǎo)航：X技術(shù)最新專利金屬材料;冶金;鑄造;磨削;拋光設(shè)備的制造及處理,應(yīng)用技術(shù)
1.本專利申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?.6，申請(qǐng)日為2020年9月18日，同題的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
2.本發(fā)明涉及意在為鐘表機(jī)芯的擺輪而配備的擺輪游絲。其進(jìn)一步涉及用于制造這種擺輪游絲的方法。
4.擺輪游絲的制造還集中于關(guān)注溫度補(bǔ)償，以確保一致的計(jì)時(shí)性能水平。這要求獲得接近0的熱彈性系數(shù)。
7.為此目的，本發(fā)明涉及一種由鈮和鈦的合金制成的鐘表擺輪游絲。根據(jù)本發(fā)明，鈦含量位于1wt%（包含端點(diǎn)）至40wt%（不包含端點(diǎn)）的范圍內(nèi)。有利地，其位于5wt%（包含端點(diǎn)）至35wt%（包含端點(diǎn)）的范圍內(nèi)，優(yōu)選位于15wt%（包含端點(diǎn)）至35wt%（包含端點(diǎn)）的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選位于27wt%（包含端點(diǎn)）至33wt%（包含端點(diǎn)）的范圍內(nèi)。余量由鈮和雜質(zhì)組成，所述雜質(zhì)包括間隙元素，如h、c、n和/或o，雜質(zhì)的百分比小于或等于0.3wt%。
9.意在為鐘表機(jī)芯的擺輪而配備的擺輪游絲(1)，其特征在于所述擺輪游絲(1)由鈮和鈦的合金制成，所述合金含有：
選自o、h、c、fe、ta、n、ni、si、cu和/或al的痕量的元素，各所述元素在總重量的0至1,600 ppm的范圍內(nèi)，且所述痕量元素的總和小于或等于0.3wt%。
11.根據(jù)實(shí)施方案1的擺輪游絲(1)，其特征在于所述合金包含位于15至35wt%的范圍內(nèi)的重量百分比的鈦。
12.根據(jù)實(shí)施方案1的擺輪游絲(1)，其特征在于所述合金包含位于27至33wt%的范圍內(nèi)的重量百分比的鈦。
13.根據(jù)前述實(shí)施方案之一的擺輪游絲(1)，其特征在于其具有包含β相形式的鈮和α相形式的鈦的兩相微結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)前述實(shí)施方案之一的擺輪游絲(1)，其特征在于其具有大于或等于500 mpa的屈服強(qiáng)度和小于或等于120 gpa，優(yōu)選小于或等于110 gpa的彈性模量。
選自o、h、c、fe、ta、n、ni、si、cu和/或al的痕量的元素，各所述元素在總重量的0至1,600 ppm的范圍內(nèi)，且所述痕量元素的總和小于或等于0.3wt%；
16.根據(jù)實(shí)施方案7的用于制造擺輪游絲(1)的方法，其特征在于每個(gè)工序過(guò)程中的變形通過(guò)拉絲和/或軋制進(jìn)行。
17.根據(jù)實(shí)施方案8的用于制造擺輪游絲(1)的方法，其特征在于最后一個(gè)工序的變形通過(guò)平板軋制進(jìn)行。
18.根據(jù)實(shí)施方案7至9之一的用于制造擺輪游絲(1)的方法，其特征在于各工序的變形以位于1至5的范圍內(nèi)的給定變形率進(jìn)行，經(jīng)過(guò)整個(gè)所述系列工序的總累積變形產(chǎn)生位于1至14的范圍內(nèi)的總變形率。
19.根據(jù)實(shí)施方案7至10之一的用于制造擺輪游絲(1)的方法，其特征在于所述β型淬火是在線℃的范圍內(nèi)的溫度下的溶解處理，其持續(xù)時(shí)間在位于5分鐘至2小時(shí)的范圍內(nèi)，隨后是在氣體中冷卻。
20.根據(jù)實(shí)施方案7至11之一的用于制造擺輪游絲(1)的方法，其特征在于所述β型淬火是在線小時(shí)的溶解處理，隨后是在氣體中冷卻。
21.根據(jù)實(shí)施方案7至12之一的用于制造擺輪游絲(1)的方法，其特征在于除各工序的中間熱處理外的最終熱處理也是在位于300℃至700℃的范圍內(nèi)的溫度下的α相ti沉淀處理，其持續(xù)時(shí)間位于1小時(shí)至200小時(shí)的范圍內(nèi)。
22.根據(jù)實(shí)施方案7至13之一的用于制造擺輪游絲(1)的方法，其特征在于除各工序的中間熱處理外的最終熱處理也是在位于400℃至600℃的范圍內(nèi)的溫度下的α相ti沉淀處理，其持續(xù)時(shí)間位于5小時(shí)至30小時(shí)的范圍內(nèi)。
24.根據(jù)實(shí)施方案7至15之一的用于制造擺輪游絲(1)的方法，其特征在于變形-然后中間熱處理的第一個(gè)所述工序包括具有至少30%橫截面減小的第一次變形。
25.根據(jù)實(shí)施方案16的用于制造擺輪游絲(1)的方法，其特征在于除第一個(gè)外，各變形-然后中間熱處理的所述工序包括在兩個(gè)中間熱處理之間的具有至少25%橫截面減小的變形。
26.根據(jù)實(shí)施方案7至17之一的用于制造擺輪游絲(1)的方法，其特征在于在制造合金坯的步驟后，且在施加一系列工序的步驟前，在所述坯上添加選自銅、鎳、銅鎳合金、銅錳合金、金、銀、鎳-磷ni-p和鎳-硼ni-b的延性材料的表面層以使線材成型操作容易，并且特征在于在卷繞步驟之前或之后，通過(guò)蝕刻從所述線材上除去所述延性材料的層。
27.在閱讀參考附圖給出的下列詳述的情況下將更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：圖1圖解顯示用根據(jù)本發(fā)明的nb-ti合金制成的擺輪游絲；圖2顯示分別對(duì)于純nb和根據(jù)本發(fā)明含有30wt% ti的nb-ti合金的楊氏模量隨溫度變化的演化曲線℃的楊氏模量計(jì)算。
鈦，重量百分比大于或等于1wt%且小于40wt%。更特別地，這種合金包含位于5至35wt%的范圍內(nèi)，優(yōu)選位于15至35wt%的范圍內(nèi)，且更優(yōu)選位于27至33wt%的范圍內(nèi)的重量比例的鈦；
選自o、h、c、fe、ta、n、ni、si、cu和/或al的痕量的元素，各所述元素在總重量的0至1,600 ppm的范圍內(nèi)，且這些痕量元素的總和小于或等于0.3wt%。換言之，鈦和鈮的總重量百分比位于總量的99.7wt%至100wt%的范圍內(nèi)。
30.氧的重量百分比小于或等于總量的0.10wt%，或甚至小于或等于總量的0.085wt%。
32.碳的重量百分比小于或等于總量的0.04wt%，特別是小于或等于總量的0.020wt%，或甚至小于或等于總量的0.0175wt%。
33.鐵的重量百分比小于或等于總量的0.03wt%，特別是小于或等于總量的0.025wt%，或甚至小于或等于總量的0.020wt%。
34.氮的重量百分比小于或等于總量的0.02wt%，特別是小于或等于總量的0.015wt%，或甚至小于或等于總量的0.0075wt%。
35.氫的重量百分比小于或等于總量的0.01wt%，特別是小于或等于總量的0.0035wt%，或甚至小于或等于總量的0.0005wt%。
38.鎳的重量百分比小于或等于總量的0.01wt%，特別是小于或等于總量的0.16wt%。
39.銅的重量百分比小于或等于總量的0.01wt%，或甚至小于或等于總量的0.005wt%。
41.有利地，這種擺輪游絲具有包含體心立方β相形式的鈮和密排六方α相形式的鈦的兩相微結(jié)構(gòu)。
43.鈦含量越高，可通過(guò)熱處理沉淀的α相的最例越高，這鼓勵(lì)追求高的鈦比例。但是，相反，鈦含量越高，越難在晶粒邊界獲得α相的沉淀。widmast
tten晶粒內(nèi)α-ti型沉淀物或晶粒內(nèi)ω-相沉淀物的出現(xiàn)使得材料的變形困難或甚至不可能CQ9電子平臺(tái)網(wǎng)站，并因此不適合用于制造擺輪游絲，這意味著應(yīng)避免在合金中并入過(guò)多的鈦。此外，這種合金于擺輪游絲的應(yīng)用要求能夠確保維持計(jì)時(shí)性能的性質(zhì)，即使并入這種擺輪游絲的手表的使用溫度會(huì)改變。合金的熱彈性系數(shù)或tec因此是非常重要的。為了與由cube或鎳-銀制成的擺輪形成計(jì)時(shí)振蕩器，必須實(shí)現(xiàn)+/
10 ppm/℃的tec。下面提供了將合金的tec與擺輪游絲和擺輪的膨脹系數(shù)相聯(lián)系的公式：變量m和t分別是速率和溫度。e是擺輪游絲的楊氏模量，并且在這一公式中，e、β和α以℃-1
44.ct是振蕩器的熱系數(shù)，(1/e. de/dt)是擺輪游絲合金的tec，β是擺輪的膨脹系數(shù)，且α是擺輪游絲的膨脹系數(shù)。冷軋β-相合金具有高正數(shù)tec，并且具有高負(fù)數(shù)tec的α相的沉淀能使兩相合金達(dá)到接近0的tec，這是特別有益的。但是，如上文提到，過(guò)高的鈦百分比導(dǎo)致脆性相的形成。小于40wt%的鈦百分比取得受歡迎的不同性質(zhì)之間的良好折衷。此外，認(rèn)為合金中存在的c、h、n、o間隙元素與位錯(cuò)之間的相互作用以及α-鈦沉淀物與位錯(cuò)之間的相互作用也對(duì)tec起到有益作用。隨溫度而變化的運(yùn)動(dòng)中的位錯(cuò)的設(shè)置減小擺輪游絲的楊氏模量，這與β相的正異常相對(duì)立。
45.使用這種合金制成的擺輪游絲具有大于或等于500 mpa，且更具體位于500至1,000 mpa的范圍內(nèi)的屈服強(qiáng)度。有利地，其具有小于或等于120 gpa，并且優(yōu)選小于或等于110 gpa的彈性模量。
選自o、h、c、fe、ta、n、ni、si、cu和al的痕量的元素，各所述元素在總重量的0至1,600 ppm的范圍內(nèi)，且所述痕量元素的總和小于或等于0.3wt%；
對(duì)所述合金施加變形-然后熱處理的工序。術(shù)語(yǔ)“變形”在本文中被理解為是指通過(guò)拉絲和/或軋制變形。如果需要，拉絲可要求在同一工序或不同工序中使用一個(gè)或多個(gè)
拉模板。進(jìn)行拉絲直至獲得具有圓形橫截面的線材?？稍谂c拉絲相同的變形工序的過(guò)程中或在另一工序中進(jìn)行軋制。有利地，對(duì)合金施加的最后一個(gè)工序是軋制操作，優(yōu)選具有與繞線機(jī)軸（winder spindle）的入口橫截面相容的矩形輪廓。這些工序使包含β相鈮和α相鈦的兩相微結(jié)構(gòu)得以制成，其具有大于或等于500 mpa的屈服強(qiáng)度和小于或等于120 gpa，并且優(yōu)選110 gpa的彈性模量；
47.在這些成對(duì)的（coupled）變形-熱處理工序中，每次變形以位于1至5的范圍內(nèi)的給定變形率進(jìn)行，這一變形率滿足常規(guī)公式2ln(d0/d)，其中d0是最終β淬火的直徑，且其中d是冷軋線材的直徑。經(jīng)過(guò)整個(gè)這一系列工序的總累積變形產(chǎn)生位于1至14的范圍內(nèi)的總變形率。每對(duì)變形-熱處理工序在各情況下包括α相ti沉淀熱處理。
48.變形和熱處理工序前的β淬火是在線℃的范圍內(nèi)的溫度下的溶解處理，其持續(xù)時(shí)間位于5分鐘至2小時(shí)的范圍內(nèi)，隨后是在氣體中冷卻。
50.返回參考成對(duì)的變形-熱處理工序，熱處理是在位于300℃至700℃的范圍內(nèi)的溫度下的沉淀處理，其持續(xù)時(shí)間位于1小時(shí)至200小時(shí)的范圍內(nèi)。更特別地，在位于400℃至600℃的范圍內(nèi)的溫度下，持續(xù)時(shí)間位于5小時(shí)至30小時(shí)的范圍內(nèi)。
53.更特別地，除第一次外的每次成對(duì)的變形-熱處理工序包括在兩次熱處理之間的具有至少25%橫截面減小的變形。
54.更特別地，在如此制成所述合金坯后，并且在變形-熱處理工序前，在附加步驟中，在坯上添加選自銅、鎳、銅鎳合金、銅錳合金、金、銀、鎳-磷ni-p和鎳-硼ni-b或類似物的延性材料的表面層從而使變形過(guò)程中的線材成型操作容易。此外，在變形-熱處理工序后或在卷繞步驟后，從線材上除去延性材料層，特別是通過(guò)蝕刻。
55.在一個(gè)替代性實(shí)施方案中，沉積延性材料的表面層以形成擺輪游絲，其節(jié)距不是該條帶的厚度的倍數(shù)。在另一替代性實(shí)施方案中，沉積延性材料的表面層以形成游絲，其節(jié)距可變。
56.在一個(gè)具體的鐘表應(yīng)用中，因此在給定時(shí)刻添加延性材料或銅以促進(jìn)線材成型操作，從而在具有0.3至1毫米最終直徑的線微米的厚度。特別通過(guò)蝕刻從線材上除去延性材料或銅的層，然后在通過(guò)卷繞實(shí)際制造游絲本身之前將所述線.延性材料或銅的添加可以是電鍍或機(jī)械的；在這種情況下其是延性材料或銅的套筒或管，將所述延性材料或銅的套筒或管調(diào)整到具有大直徑的鈮-鈦合金棒材上，然后使其在復(fù)合棒材的變形步驟的過(guò)程中變薄。
58.可在nb-ti和cu之間添加擴(kuò)散阻隔層，例如nb以防止形成對(duì)材料的可變形性有害的金屬間化合物。選擇該層的厚度從而使其對(duì)應(yīng)于在直徑0.1 mm的線.特別可通過(guò)用基于氰化物或基于酸溶液，例如硝酸蝕刻進(jìn)行該層的脫除。
60.通過(guò)變形和熱處理工序的適當(dāng)組合，可獲得超薄層狀兩相微結(jié)構(gòu)，特別是納米微結(jié)構(gòu)，其包含或由β相鈮和α相鈦組成。這種合金兼具大于至少500 mpa的極高屈服強(qiáng)度和大約80 gpa至120 gpa的極低彈性模量。這種性質(zhì)組合非常適合擺輪游絲。在變形-熱處理工序后，合金具有織構(gòu)《110》。此外，根據(jù)本發(fā)明的這種鈮-鈦合金容易被延性材料或銅所覆蓋，這使其非常易于通過(guò)拉絲變形。
61.用于實(shí)施本發(fā)明的上文所選擇的類型的含鈮和鈦的二元型合金也具有類似于“elinvar”的效應(yīng)，在手表的正常工作溫度的范圍內(nèi)具有幾乎為0的熱彈性系數(shù)，并適合用于制造自補(bǔ)償擺輪游絲。
62.更具體地，當(dāng)在圖2中比較對(duì)于純nb和根據(jù)本發(fā)明含有30wt% ti的nb-ti合金的楊氏模量(e(t)/e
℃)隨溫度而變化的演化時(shí)，看出這兩個(gè)曲線為s形，具有的明顯區(qū)別在于ti的存在使得該曲線沿x-軸和y-軸二者上的最小值和最大值之差都顯著減小。更具體地，ti在合金中的存在和根據(jù)本發(fā)明的制造方法傾向于通過(guò)減小曲線的最大值而使曲線平滑化。根據(jù)本發(fā)明的合金對(duì)減小最大值的這種正面作用是許多因素的結(jié)果，所述多種因素為：
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