钟表主发条、钟表发条盒和钟表

申请号 CN201420353273.X 申请日 2014-06-27 公开(公告)号 CN204848989U 公开(公告)日 2015-12-09
申请人 尼瓦洛克斯-法尔股份有限公司; 发明人 C·沙邦; G·普兰克尔特;
摘要 本实用新型涉及一种由包含 铁 和铬形成的基体的奥氏体不锈 钢 制成的钟表 弹簧 (1)。所述弹簧的厚度小于0.20mm,并包括以 质量 计的如下组成:-铬:最小值15%,最大值25%;-锰:最小值5%,最大值25%;-氮:最小值0.10%,最大值0.90%;- 碳 :最小值0.10%,最大值1.00%;-碳和氮的总含量(C+N)在0.40%和1.50%之间;-碳与氮的比率(C/N)在0.125和0.550之间;-杂质和除铁之外的附加金属:最小值0%,最大值12.0%;-铁:达到100%所需的余量。本实用新型还涉及在主 发条 上的应用。
权利要求

1.一种钟表主发条(10),其特征在于,所述主发条用于绕心轴(50)卷绕成螺旋,并包括具有形成第一孔眼的第一内圈(11)的条带,所述第一内圈具有第一长度(L1)并适配于具有给定理论半径(RT)的心轴(50);在初始的制造后的状态下以及在装配到所述心轴(50)上之前和卷绕到所述心轴(50)上之前的自由的伸展状态下,所述主发条(10)从内向外包括在所述第一内圈(11)之后的第二圈(2),所述第二圈(2)具有第二展开长度(L2)和与所述第一内圈(11)相同的凹入方向,卷绕部(4)通过弯曲区域(3)顺序地位于所述第二圈(2)之后,该卷绕部(4)具有与所述第一内圈(11)相反的凹入方向;在所述弯曲区域外的任何点,所述主发条(10)的形状均具有介于最小局部曲率半径(RCMIN)和最大局部曲率半径(RCMAX)之间的局部曲率半径(RC),所述局部曲率半径(RC)大于所述最小局部曲率半径(RCMIN),以确保所述主发条(10)的条带从其首先卷绕的部分开始,在曲线横坐标上的每一点都受到最大应,并且所述局部曲率半径(RC)小于所述最大局部曲率半径(RCMAX),以确保所述主发条(10)当被放置在条盒轮中时不会断裂;以及,所述主发条(10)包括至少一个曲率半径小于2.15mm的区域。
2.根据权利要求1所述的钟表主发条(10),其特征在于,所述第二圈(2)的所述第二展开长度(L2)对应于所述主发条(10)的至少一圈构成的螺旋,以便在所述主发条最初被卷绕以便使用和处于所谓的服务状态时减小施加到所述主发条(10)上的应力,并尽可能减小任何点在初始状态和服务状态之间的局部曲率差异。
3.根据权利要求1所述的钟表主发条(10),其特征在于,所述第二圈(2)的所述第二展开长度(L2)对应于所述主发条(10)的至少两圈构成的螺旋,以便在所述主发条最初被卷绕以便使用和处于所谓的服务状态时减小施加到所述主发条(10)上的应力,并尽可能减小任何点在初始状态和服务状态之间的局部曲率差异。
4.根据权利要求1所述的钟表主发条(10),其特征在于,所述主 发条(10)的第一内圈(11)具有小于2.15mm的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的钟表主发条(10),其特征在于,所述主发条(10)包括至少一个曲率半径小于0.75mm的区域。
6.根据权利要求1所述的钟表主发条(10),其特征在于,所述主发条(10)至少在其第一内圈(11)上的最小厚度区域中具有小于0.20mm的厚度。
7.一种钟表发条盒(100),其特征在于,所述钟表发条盒(100)包括具有给定理论半径(RT)的心轴(50)和至少一个根据权利要求1所述的钟表主发条(10)。
8.一种钟表(200),其特征在于,所述钟表(200)包括至少一个根据权利要求7所述的钟表发条盒(100)和/或根据权利要求1所述的钟表主发条(10)。
9.根据权利要求8所述的钟表(200),其特征在于,所述钟表(200)是手表

说明书全文

钟表主发条、钟表发条盒和钟表

技术领域

[0001] 本实用新型涉及由不锈合金制成的钟表弹簧,该合金包括设置成面心(face centred)立方奥氏体结构的、由和铬形成的基体,并包括锰和氮。
[0002] 本实用新型还涉及包括至少一个这种类型弹簧的钟表发条盒。
[0003] 本实用新型还涉及结合有至少一个这种钟表发条盒和/或这种类型弹簧的钟表,尤其是手表
[0004] 本实用新型涉及钟表机芯领域,具体地涉及主发条、报时弹簧或类似物,以及平面弹簧(flat spring)诸如跳簧、减震器或类似物。

背景技术

[0005] 钟表弹簧、尤其是主发条的强度和使用寿命是长期存在的问题。钟表弹簧制造商一直在寻找这样的材料:其能够在从根本上改善抗疲劳性的同时提高使用寿命,并且尤其对于蓄能器弹簧、主发条或报时弹簧能够增加动储备。
[0006] 使用高钢很快就获得了期望的弹性特性,但是,它们对腐蚀的敏感性加上在接近于其断裂载荷的力下的永久性使用,经常会导致一旦出现腐蚀点坑就产生破裂。此外,由于这些钢的成比例的最大限度伸长远远小于它们的弹性极限,因此这些钢容易产生永久性变形,这有损于动力储备。
[0007] 已经用各种处理方法测试了具有各种组成的许多合金。Elgin(埃尔金公司)的专利BE475783、CH279670、US647783和US2524660提出了应用钴基合金、铬-钼组合和镍-铁-锰组合的技术方案,该方案利用了增加产品成本的复杂生产方法。
[0008] Seiko(精工公司)的国际专利No.2005/045532提出了补充族元素的基合金。
[0009] 例如在Seiko公司的专利WO02/04836、Sandvik(山特维克公司)的专利CH383886、Fabrique Suisse de Ressorts d’Horlogerie的专利CH330555、GFD-Diamaze的专利EP2511229或瑞士电子与微技术中心(CSEM)的专利EP1422436中,一些制造商已开发了具有不用于芯材的表面层的弹簧。
[0010] Rolex(劳力士公司)的专利WO2012/01941、Rolex(劳力士公司)(金属玻璃)的专利EP2133756或Vacuumschmelze的专利DE102011001783中还公开了含高比例的无定形合金。
[0011] 所有这些材料都是极度昂贵的,并且,并没有比其他用于相关应用的产品真正更有效的产品出现在市场上。
[0012] 仅从理论上来说,很多批发合金都适于制造钟表弹簧,但是在真正生产条件下这些合金的实验室测试遇到很多限制,这解释了为什么用于制造弹簧,尤其是螺旋弹簧的手表工业中使用的材料的发展非常有限。
[0013] 因此,对于大量理论上合适且可能适用于宏观力学、电气工程、重机械业或类似工业的合金来说,一旦尝试将它们转变成制表业需要的尺寸,便证明都是不能实行的。
[0014] 从Générale Ressorts的专利CH703796中已知一种氮不锈钢,其包括设置成面心立方奥氏体结构的、由铁和铬形成的基体。该文献中描述的合金具有高浓度的溶解状态下的氮(0.75%-1%)。在制造合金的过程中,难以以精确的方式控制溶解的氮的浓度。合金中溶解的氮的数量的少量增加可能导致合金的展延性损失,这使得获得用作弹簧的材料的目的失败。
[0015] 此外,氮含量对氮化铬的沉淀动力学有很大的影响,并且当氮含量为大约1%时,合金的防止出现氮化物的回火速度较高,这导致使这些合金的处理工艺工业化变得困难且昂贵。
[0016] 此外,用这些合金制造弹簧非常成问题。传统的生产计划包括通过锻造轧制来转化合金铸坯,然后通过拉拔拉丝处理直径约6mm的 线材,该线材随后被清除表皮层和清洁,然后进行一系列冷轧和拉丝操作:具体地,当寻求获得非常小尺寸的弹簧,尤其是厚度小于0.200mm的用于钟表的螺旋主发条或者厚度约0.050mm的用于擒纵机构的游丝时,清除表皮层和拉丝操作特别困难或者是不可能的。
[0017] 事实上,必须针对材料进行的这些操作导致明显的温度升高,会升高几十或几百摄氏度。具有约1%或更大氮含量的氮钢对于这种温度升高非常敏感,这是因为,从大约200℃开始,可能产生氮化物或其他脆化化合物的沉淀,这阻碍了其理论组成对于获得所需的弹性特性应该理想的合金在制表业的应用。脆化在被拉拔的线材中产生了裂缝,使其不适合二次加工。
[0018] 轧制和拉丝速度的降低可以减少但不会消除这些温升,但是,这些速度随后会低至使得材料的成本对于工业使用来说是禁止的。事实上,为了将6mm直径改变为大约0.6mm直径(即,以100:1的横截面面积比),必须进行30-50次的连续拉丝操作(假设横截面每次减小9-15%),更确切地是大约50次操作,以便除了同样必需的中间热处理之外,还限制加热点的数量。
[0019] 氮钢难以生产,并且实施起来困难且昂贵,因此,精密或普通机械工程领域对它们的兴趣极小,仅有的已知应用领域是正牙学、修复学和电工学(用于达或交流发电机定位环),因而主要是宏观或重型机械应用。因此,氮钢的理论上的特有性质与实际应用不相符。
[0020] 因此,由于这些缺陷,不可能使用任何类型的氮钢来生产钟表弹簧,并且,重要的是作出非常特殊的选择,以便生产一种用作原料线材的材料,该材料通常具有约0.60-1.00mm的直径,并且随后通过冷轧被转化以获得截面基本为矩形的弹簧。
[0021] 因此,对于钟表弹簧制造商来说,问题在于确定具有合适的氮和碳含量的合金,以使得可以生产:首先是直径几十毫米的原料线材,然后是截面基本为矩形且厚度为几百分之一毫米的异型弹簧。
[0022] 虽然钟表弹簧的一个明显的特性在于其特殊的尺寸,但是,另一个特征在于它们在非常特殊的金属疲劳条件下应用:这些弹簧永久性地受 到接近于它们的疲劳极限的力,该疲劳极限被称为Oligocyclic疲劳。在Oligocyclic疲劳下工作的材料必须是特别理想的,以防止周期数减少后的任何过早断裂。
[0023] 检测理论上能够适合于制造钟表弹簧的合金从逻辑上将涉及具有面心立方结构的奥氏体合金。
[0024] 巴斯夫(Speidel BASF)的美国专利No.6682582B1描述了各种合金,这些合金具有高比例铬(16-22%)、在0.08%和0.30%质量百分比之间的碳、在0.30%和0.70%质量百分比之间的氮,和小于9%的锰及小于2%的钼。
[0025] 韩国机 器与 材料研 究所(Korea Mach.&Materials INST)的韩 国专 利No.20090092144公开了碳和氮的总含量在0.60%和0.90%质量百分比之间的锰-铬-镍-钼合金,特别地,在一些合金家族中,碳含量小于0.45%质量百分比且氮含量小于0.45%质量百分比。
[0026] 日邦钢铁公司(Nippo Steel Corp)的日本专利H02156047公开了一种合金,包括5-25%锰、15-22%铬、0.10-0.30%碳和0.3-0.6%氮。
[0027] 面对大批文献,选择实际上能够被转化以制造钟表弹簧的合金是困难的。很多文献都描述了仅仅在理论上可能适合的合金,因为它们是看上去具有所需特性的奥氏体合金,例如,Nano Gijutsu Kenkyusho的日本专利申请No.2004137600A、大同钢铁有限公司(Daido Steel Co Ltd)的日本专利申请No.2009249658A、Ugine Savoie SA的法国专利申请No.2776306A1或者VSG EN&Schmiedetechnik GmbH的德国专利申请No.19607828A1。
[0028] 明显的是,虽然这些文献中描述的所有合金理论上可能都是合适的,但是几乎没有合金满足本领域技术人员的成形要求,因此本领域技术人员必须进行昂贵的测试以作出选择,并在真实生产条件下测试每种选择的合金,这仅仅通过阅读这些文献是不能掌握的。
[0029] 更具体地,主发条,即机械手表的驱动元件是由金属条带制造的,然后卷绕在心轴周围并容纳在条盒轮中。在Journal Suisse d’horlogerie,vol.5/6,1968年1月1日,第213-214页,XP001441388中的Aurèle MAIRE的文献提出了快转发条盒的理论,描述了螺旋弹簧的自由的高音谱号形状,和用于最大可用能量的优化的几何形状。
[0030] 由直径为几十毫米的原料线材(该线材是已经在上述相当长且复杂的工艺中被转化的产品)制成螺旋弹簧、尤其是主发条的传统方法以若干步骤完成:
[0031] -轧制金属线材以获得条带;
[0032] -切割该条带为限定的长度,可选地,也可以在条带的一端切出开孔;
[0033] -在条带的包含该开孔的一端形成孔眼(eye),以使得该条带能够固定到心轴上(或者在心轴包含钩子的情况下通过形成在条带中的开孔,或者通过条带在心轴上的摩擦力)。此步骤分两部分进行:
[0034] -形成第一孔眼,该第一孔眼是直径小于心轴的直径的圆形,以便根据情况确保钩子钩在开孔中或者条带通过摩擦力被保持;
[0035] -形成第二孔眼,在实践中,该第二孔眼为大约0.75圈的具有增加的半径的螺旋,以确保当弹簧放松时该孔眼在条盒轮中居中;
[0036] -在与该孔眼相对的方向上层叠条带的其余部分;
[0037] -固定凸缘;
[0038] -放置到条盒轮中。
[0039] 主发条的特性在于,由于在最初卷绕期间施加的变形,在整个曲线横坐标上,材料都在其最大应力下工作。如果从条盒轮中取出发条,将从最初卷绕获得平衡状态下的高音谱号形状。
[0040] 对于希望制造出具有良好强度和满意的使用寿命并且能够以可靠的特别是可重复的方式生产的弹簧的手表设计者,困难在于,选择或研制能够获得所需性能并且能够生产如下螺旋弹簧的合金:该螺旋弹簧包括至少一个厚度小于0.200mm的区域,和/或包括至少一个曲率半径小于2.15mm、尤其是小于0.75mm或者甚至0.60mm的区域。因此,手表设计者不能仅仅基于其理论的物理特性从目录中选择合金,而是必须一方面针对用作原材料的线材测试特定范围的二次加工,另一方面对已被精加工的弹簧测试特定范围的二次加工,并对于合金的组成和处理设 定参数,这使得可以生产线材毛坯和这种类型的弹簧。实用新型内容
[0041] 本实用新型的一个目的是生产一种用于钟表或首饰的弹簧,尤其是螺旋弹簧诸如主发条、或报时弹簧或类似物,或者平面弹簧诸如跳簧、减震器或类似物,与用于制造这类弹簧的普通合金相比,上述弹簧具有改善的延展性,更经济,并且更容易进行工业规模的生产
[0042] 事实上,已知的高氮(质量百分比大于1)合金提供了高机械性能,但是更难以进行变形,这是因为具有高氮含量的合金是脆性的,并且氮化铬的沉淀动力学非常快速,这使得这种类型的合金难以被应用。
[0043] 因此,本实用新型涉及一种用于钟表或首饰的弹簧,该弹簧由不锈钢合金制成,该合金包括设置成面心立方奥氏体结构的、由铁和铬形成的基体,并且该合金为包括锰和氮的超奥氏体类型,
[0044] 其特征在于,至少在该弹簧的最小厚度区域,该弹簧具有小于0.20mm的厚度,并且,该合金的质量组成如下:
[0045] -铬:最小值15%,最大值25%;
[0046] -锰:最小值5%,最大值25%;
[0047] -氮:最小值0.10%,最大值0.90%;
[0048] -碳:最小值0.10%,最大值1.00%;
[0049] -碳和氮的总含量(C+N)以质量计在0.40%和1.50%之间;
[0050] -碳与氮的比率(C/N)在0.125和0.550之间;
[0051] -杂质和除铁之外的附加金属:最小值0%,最大值12.0%;
[0052] -铁:达到100%所需的余量。
[0053] 本实用新型还涉及包括至少一个这种类型弹簧的钟表发条盒。
[0054] 本实用新型还涉及包括至少一个这种钟表发条盒和/或这种类型弹簧的钟表,尤其是手表。
[0055] 由于氮含量低,可以通过增加碳获得高机械性能,同时还改善了合金的工业适用性。特别地,低的氮含量改善了合金的延展性。此外,增加碳可以形成改善合金的机械性能的碳化物。
[0056] 当该合金用于制造用作机械钟表机芯的能量源的发条盒时,它的改善的延展性使得可以减小孔眼(eye)的直径,并因此针对给定的条盒轮直径增加机芯的动力储备。
[0057] 具体地,本实用新型提供一种钟表主发条,其特征在于,所述主发条用于绕心轴卷绕成螺旋,并包括具有形成第一孔眼的第一内圈的条带,所述第一内圈具有第一长度并适配于具有给定理论半径的心轴;在初始的制造后的状态下以及在装配到所述心轴上之前和卷绕到所述心轴上之前的自由的伸展状态下,所述主发条从内向外包括在所述第一内圈之后的第二圈,所述第二圈具有第二展开长度和与所述第一内圈相同的凹入方向,卷绕部通过弯曲区域顺序地位于所述第二圈之后,该卷绕部具有与所述第一内圈相反的凹入方向;在所述弯曲区域外的任何点,所述主发条的形状均具有介于最小局部曲率半径和最大局部曲率半径之间的局部曲率半径,所述局部曲率半径大于所述最小局部曲率半径,以确保所述主发条的条带从其首先卷绕的部分开始,在曲线横坐标上的每一点都受到最大应力,并且所述局部曲率半径小于所述最大局部曲率半径,以确保所述主发条当被放置在条盒轮中时不会断裂;以及,所述主发条包括至少一个曲率半径小于2.15mm的区域。
[0058] 优选地,所述第二圈的所述第二展开长度对应于所述主发条的至少一圈构成的螺旋,以便在所述主发条最初被卷绕以便使用和处于所谓的服务状态时减小施加到所述主发条上的应力,并尽可能减小任何点在初始状态和服务状态之间的局部曲率差异。
[0059] 优选地,所述第二圈的所述第二展开长度对应于所述主发条的至少两圈构成的螺旋,以便在所述主发条最初被卷绕以便使用和处于所谓的服务状态时减小施加到所述主发条上的应力,并尽可能减小任何点在初始状态和服务状态之间的局部曲率差异。
[0060] 优选地,所述主发条的第一内圈具有小于2.15mm的曲率半径。
[0061] 优选地,所述主发条包括至少一个曲率半径小于0.75mm的区域。
[0062] 优选地,所述主发条至少在其第一内圈上的最小厚度区域中具有小于0.20mm的厚度。
[0063] 本实用新型还提供一种钟表发条盒,其特征在于,所述钟表发条盒包括具有给定理论半径的心轴和至少一个上述的钟表主发条。
[0064] 本实用新型还提供一种钟表,其特征在于,所述钟表包括至少一个上述的钟表发条盒和/或上述的钟表主发条。
[0065] 优选地,所述钟表是手表。附图说明
[0066] 通过参考附图阅读下面详细的描述,本实用新型的其它特征和优点将变得明显:
[0067] -图1示出了根据本实用新型的主发条的示意性立体图,其中,用于固定凸缘的外侧区域和孔眼的内侧区域没有详细示出。
[0068] -图2示出了在其自由的高音谱号形式下的根据本实用新型的主发条,其在反凹度区域中具有基本呈直线的部分。
[0069] -图3示出了包括配备有根据本实用新型的弹簧的发条盒的钟表的示意图。

具体实施方式

[0070] 本实用新型涉及钟表机芯领域,并且具体地涉及用于储存能量的弹簧、复位弹簧或减震器弹簧的领域:螺旋弹簧诸如主发条或报时弹簧或类似物,或者平面弹簧诸如跳簧、减震器或类似物。
[0071] 本实用新型的一个目的在于,解决生产具有很长使用寿命的小尺寸钟表弹簧、尤其是厚度小于0.200mm的螺旋弹簧的问题。
[0072] 为了测试理论上合适的合金以及设定使得所需性能和尺寸可行的参数,需要进行很长时间的测试。
[0073] 更具体地,关于生产具有内圈11的螺旋弹簧1,问题被放大:在发条盒的情况下,该内圈11适配于直径非常小的芯部或心轴50,在所谓的具有“减小的芯部直径”的发条盒中,该直径小于4.3mm,尤其是小于1.5mm,或者甚至小于1.2mm;或者,在具有直径同样非常小的内桩的用于擒纵机构的游丝的情况下,该直径尤其小于1.5mm。冶金学 测试尤其关注最大伸长值。
[0074] 实验表明,制造螺旋弹簧的适合性与合金中的碳和氮的质量之间的C/N比(其必须包含在特定范围内)以及碳和氮的绝对和相对最大质量直接相关。这种制造通常包括毛坯生产过程,该过程包括通过锻造、轧制和可能的拉拔或拉丝来转换合金铸坯,以获得直径约6mm的线材,该线材随后被清除表皮层和清洁,然后进行由重结晶热处理分开的一系列其它拉丝操作。随后是精加工过程,该过程可包括至少一次拉丝和至少一次冷轧,然后是用于将螺旋的几何形状设定为称为高音谱号的自由轮廓的特殊精加工操作。
[0075] 制造螺旋形钟表弹簧1的固有困难在于:形成至少一个具有非常小的曲率半径、尤其是小于2.15mm的曲率半径的区域。
[0076] 一种特定的情况是具有减小的芯部直径的发条盒的情况,即,发条盒具有小于9的K因子:在通常的主发条制造中,基于经验,K因子(条盒轴与弹簧条带厚度的比率)在9和16之间,以确保产品不易碎并且能够被生产。钟表学理论建议K因子在10和16之间,11这一值是最常用的。对于同样的外部体积,K因子的任何减小都能够大幅增加主发条的圈数,并因而增加手表的能量储备。这种减小与芯部直径的最小化有关,其较好的是小于
2.15mm这一值,尤其是小于1.5mm这一值,这意味着选择的合金及其处理必须允许形成低至2.15mm或更小的曲率半径,同时不会造成弹簧的断裂或者长期减弱。该问题与用于擒纵机构的游丝的问题类似,该游丝的内圈靠置在其尺寸与主发条芯部的尺寸相当的内桩上。
[0077] 本实用新型使得能够限定适合于制造具有改善的延展性的钟表弹簧、尤其是主发条或者用于擒纵机构的游丝的钢合金,并且与现有技术的合金相比,该合金在工业上更容易生产。
[0078] 因此,本实用新型涉及用于钟表或首饰的弹簧1,该弹簧1由不锈钢合金制成,该不锈钢合金包括设置成面心立方奥氏体结构的、由铁和铬形成的基体,并包括锰和氮。
[0079] 根据本实用新型,至少在弹簧1的最小厚度区域,该弹簧1具有小 于0.20mm的厚度。
[0080] 根据本实用新型,弹簧1的合金的质量组成如下:
[0081] -铬:最小值15%,最大值25%;
[0082] -锰:最小值5%,最大值25%;
[0083] -氮:最小值0.10%,最大值0.90%;
[0084] -碳:最小值0.10%,最大值1.00%;
[0085] -所包含的碳和氮的总含量(C+N)在0.40%和1.50%(质量百分比)之间;
[0086] -所包含的碳与氮的比率(C/N)在0.125和0.550之间;
[0087] -杂质和铁之外的附加金属:最小值0%,最大值12.0%;
[0088] -铁:达到100%所需的余量。
[0089] 更具体地,碳和氮的总含量在0.4%和1.5%之间,并且碳与氮的比率在0.125和0.5之间。
[0090] 在一具体的实施例中,氮含量在0.40%和0.75%(质量百分比)之间。
[0091] 在一具体的实施例中,氮含量在0.45%和0.55%(质量百分比)之间。
[0092] 在一具体的实施例中,碳含量在0.15%和0.30%(质量百分比)之间。
[0093] 在一具体的实施例中,碳含量在0.15%和0.25%(质量百分比)之间。
[0094] 在一具体的实施例中,碳和氮的总含量(C+N)在0.60%和1.00%(质量百分比)之间。
[0095] 在一具体的实施例中,碳和氮的总含量(C+N)在0.60%和0.80%(质量百分比)之间。
[0096] 在一具体的实施例中,碳与氮的比率(C/N)在0.250和0.550之间。
[0097] 在一更具体的实施例中,碳与氮的比率(C/N)在0.270和0.550之间。
[0098] 更具体地,碳和氮的总含量在0.4%和1.5%之间,并且碳与氮的比 率在0.125和0.5之间。
[0099] 同时具有如下的选择域对于堆垛层错能尤其有利:
[0100] -碳和氮的总含量(C+N)在0.60%和0.80%(质量百分比)之间;以及[0101] -碳与氮的比率(C/N)在0.270和0.550之间。
[0102] 根据一有利的变型,合金的碳和氮总含量在0.6%和1%(质量百分比)之间,并且合金的碳与氮的比率在0.35和0.5之间。
[0103] 根据一优选的变型,合金的碳和氮总含量在0.75%和1%(质量百分比)之间,并且合金的碳与氮的比率在0.4和0.5之间。
[0104] 在一特定实施例中,为确保抗腐蚀性(对于钟表弹簧尤其是主发条的抗性来说,这在历史上是一个主要问题)而给出的铬含量在16.0%和20.0%(质量百分比)之间。
[0105] 在一具体的实施例中,铬的含量在16.0%和17.0%(质量百分比)之间。
[0106] 根据一有利的实施例,合金的铬含量在16.0%和20.0%(质量百分比)之间,并且碳含量在0.15%和0.3%(质量百分比)之间。
[0107] 根据另一有利的实施例,合金的锰含量在10%和16%(质量百分比)之间,优选地在11%和13%之间,并且铌含量小于0.25%(质量百分比)。
[0108] 根据一种特定组成,所述附加金属中的至少一种为选自钼、钨、钒、铌、锆和钛的碳化元素(carburising element),它取代了合金中同等质量的铁,并且含量在0.5%和10.0%(质量百分比)之间。这样,杂质或者除了铁以外的其他附加金属限制到3%,尤其是2%。
[0109] 在一具体的实施例中,所述至少一种碳化元素为钼,其含量在2.5%和4.2%(质量百分比)之间。钼改善了抗腐蚀和点蚀性;它允许碳化钼沉淀。在一特定的实施例中,钼含量在2.6%和2.8%(质量百分比)之间。
[0110] 根据另一实施例,合金还包括除钼之外的至少一种其他碳化元素,该元素的最大极限值为0.5%(质量百分比),并且选自钨、钒、铌、 锆和钛,它取代了合金中同等质量的铁,并且合金的镍含量优选小于0.5%(质量百分比)。
[0111] 在一具体实施例中,杂质和除铁以外的附加金属的总含量在0和6.0%(质量百分比)之间。
[0112] 在一具体实施例中,杂质和除铁以外的附加金属的总含量在0和3.0%(质量百分比)之间。
[0113] 在一具体实施例中,其中一种附加金属为镍。像锰一样,镍促使奥氏体相的形成并改善了可溶性。对于应用于包含在机芯中的不会与使用者有皮肤接触的弹簧来说,合金中可以包含百分之几的镍,而不会对使用者产生不好的后果。在一特定实施例中,镍含量在0和0.10%(质量百分比)之间。
[0114] 在一特定实施例中,其中一种附加金属是铌,其含量在0和0.25%(质量百分比)之间。
[0115] 由于其提供的良好的冷变形能力,合金的这种类型的奥氏体结构事实上对于弹簧是必需的。这种结构的另一个优点——此优点在钟表机芯中是不可忽略的——与奥氏体的非磁性特质有关,这不同于铁素体或马氏体。
[0116] 同样地,选择较低的C/N比率、尤其是小于0.550%的比率足以利用存在的碳,并且对于相同的C+N总含量来说,与较高的C/N比率相比,较低的C/N比率表现出合金采用奥氏体结构的更好的能力,如文献中的平衡图表所示。类似地,不太低的氮含量保持远离铁素体域。
[0117] 与已知的现有技术弹簧相比,本实用新型允许更经济地生产钟表弹簧,现有技术弹簧具有高的氮含量,使得它们的转变困难且昂贵。事实上,在这种情况下,加工方法必须在高压下(几个大气压)进行和/或使用添加剂。
[0118] 这就是为何用碳替换一部分氮是有利的。已知的是,所考虑类型的不锈钢合金的脆性-韧性转化温度TT大致符合以下规则:开尔文TT值与等于氮含量300倍的第一项(first term)和等于碳含量100倍的第二项(second term)的总和成比例。
[0119] 因此,碳对氮的任何替代都具有直接的效果,同时降低了脆性-韧性转化温度。实际上,使用低的氮含量(已知现有技术合金的最低氮含量平)使得能够通过添加碳形成碳化物来保持高的机械性能,同时还改善了合金的工业实施性。尤其是,低的氮含量改善了合金的延展性。减少氮含量还有利于氮化物沉淀。
[0120] 当根据本实用新型的合金用于制造用作机械钟表机芯中的能量源的主发条时,它的改善的延展性得到利用,对于给定的条盒轮直径,这允许孔眼的直径减小,并从而增加机芯的能量储备。
[0121] 至于工业生产,可以在大气压下制造同时具有碳和氮(以这些数量和比例)的合金,这构成明显的经济优势。为本实用新型选择的这些特定的碳和氮含量代表了良好的折衷,其中,该合金包括对于稳定奥氏体结构来说足够的氮,并且这些特定的组成提供了最稳定的合金。
[0122] 通过选择合金的特定实施例,获得了如下的特定组成,其尤其适合于钟表弹簧,更特别地适合于主发条,同时具有可接受的制造成本、实施起来不是特别复杂、机械特性非常好、抗腐蚀性良好、塑性变形小并且使用寿命长。此特定组成是:
[0123] -铬:最小值16.0%,最大值17.0%;
[0124] -锰:最小值9.0%,最大值12.5%;
[0125] -氮:最小值0.45%,最大值0.55%;
[0126] -碳:最小值0.15%,最大值0.25%;
[0127] -碳和氮的总含量(C+N)在0.60%和0.80%(质量百分比)之间;
[0128] -碳与氮的比率(C/N)在0.27和0.55之间;
[0129] -钼:最小值2.6%,最大值2.8%;
[0130] -杂质和铁之外的附加金属:最小值0%,最大值3.0%;
[0131] -铁:达到100%所需的余量。
[0132] 由此所生产的弹簧1包括具有高机械抗性的奥氏体结构,并表现出高的抗疲劳性和高的抗腐蚀性,而且是非磁性的。
[0133] 在应用于用于发条盒或擒纵机构的螺旋钟表弹簧的情况下,弹簧1包括至少一个曲率半径小于2.15mm的区域。
[0134] 在一有利的应用中,根据本实用新型的弹簧1为螺旋弹簧,尤其是主发条或用于擒纵机构的游丝。
[0135] 更具体地,该弹簧1包括曲率半径小于2.15mm、尤其是小于0.75mm的内圈11。
[0136] 更具体地,在它的最小厚度区域,特别是在内圈11上,该弹簧1具有小于0.20mm、尤其是小于0.06mm的厚度。
[0137] 图1示出了弹簧1为螺旋主发条10的特定情况。
[0138] 图2示出了用于绕心轴50卷绕成螺旋的钟表主发条,该主发条包括具有形成第一孔眼的第一内圈11的条带,如图2所示,该第一内圈具有在其内端部和点A之间的第一长度L1,并且适配于具有给定理论半径RT的心轴50。
[0139] 在下面的描述中,将使用如下术语:
[0140] -第一圈1或第一孔眼,其指代主发条的最内部线圈,用于环绕发条盒心轴一圈,以及
[0141] -第二圈2或第二孔眼,其指代弹簧的紧邻该第一圈的下游部分,在根据本实用新型的主发条最初的制造后的状态下,以及在向心轴上进行任何装配之前和任何卷绕之前的自由的伸展(flat)状态下,该下游部分具有与第一圈1相同的凹入方向。
[0142] 弹簧的固定到发条盒心轴的内圈11一侧将被称为“上游侧”,而钩连到条盒轮的外圈4一侧将被称为“下游侧”。
[0143] 根据本实用新型,在初始的制造后的状态下,以及在装配到心轴50上之前和卷绕到心轴50上之前的自由的伸展状态下,该弹簧10从内向外包括:第一内圈11,之后是第二圈2,该第二圈2具有第二长度L2(在点A和弯曲点B之间,如图2所示),并且具有与第一内圈11相同的凹入方向。
[0144] 与内圈11具有相反的凹入方向的卷绕部4通过弯曲区域3而位于该第二圈2之后。
[0145] 在该弯曲区域3外部的任何点,根据本实用新型的弹簧10的形状都具有局部曲率半径RC,其包含在最小局部曲率半径RCMIN和最大 局部曲率半径RCMAX之间。
[0146] 局部曲率半径RC大于最小局部曲率半径RCMIN,以确保弹簧10的条带从其第一卷绕部开始,在其曲线横坐标上的每一点都受到其最大应力。
[0147] 局部曲率半径RC小于最大局部曲率半径RCMAX,以确保弹簧10当被放置在条盒轮中时不会断裂。
[0148] 在K因子小于9的优选情况下,对该第二圈2的第二长度L2进行计算,以获得理论半径RT与弹簧10在第一内圈11上的平均厚度EM的预定比率,该预定比率小于9。
[0149] 为了能够制造具有减小的芯部直径(K因子远小于9)的主发条,第一标准孔眼必须制造成后面跟随大于0.75圈的第二孔眼,以便在其放置到条盒轮中时不会超过材料的断裂极限。
[0150] 特别地,在用于由根据本实用新型的合金制成的弹簧10的具体应用中,第二圈2的第二展开长度L2对应于具有弹簧10的至少一圈的螺旋,以便在弹簧10首次被卷绕并且在所谓的服务状态下实现时减小弹簧10的应力,并尽可能减小任何点在初始状态和服务状态之间的局部曲率差异。
[0151] 在一个变型中,可以利用其他参数工作,特别是以下参数(但不限于此):
[0152] -使孔眼附近的条带变细;
[0153] -在孔眼附近进行特殊热处理,以改善材料的延展性;
[0154] -形成制造弹簧的合金。
[0155] 对于给定材料制成的弹簧,本实用新型超出了常见的使用域。
[0156] 对于给定材料,本实用新型可以实现甚至低于已知因子的K因子。
[0157] 在本实用新型用于具有减小的芯部的发条盒的特定应用中,该预定的K因子小于9,优选地接近5或6。
[0158] 非常低的K因子是很有利的,因为它能够增加相关发条盒的能量储备。事实上,节省的体积转化为主发条的展开圈数的数量的增加。
[0159] 特别地,第二圈2的第二展开长度L2对应于弹簧10的至少两圈, 以便在弹簧首次被卷绕以便使用和置于服务状态时减小弹簧10的应力,并尽可能减小任何点在初始状态和服务状态之间的局部曲率差异。
[0160] 本实用新型还涉及一种钟表发条盒100,其包括具有给定理论半径RT的心轴50和至少一个这种类型的弹簧10。
[0161] 本实用新型还涉及一种钟表200,其包括至少一个发条盒100和/或至少一个根据本实用新型的弹簧1或螺旋弹簧1。
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