由奥氏体不锈钢制成的钟表发条的制作方法
【专利说明】由奥氏体不锈钢制成的钟表发条发明领域
[0001 ] 本发明涉及由不锈钢合金制成的钟表发条，所述不锈钢合金包含置于面心立方奥氏体结构中的由铁和铬形成的基底且包含锰和氮。
[0002]本发明还涉及包含至少一个这类发条的钟表条盒轮。
[0003]本发明还涉及结合至少一个该钟表条盒轮和/或这类发条的钟表，特别是手表。
[0004]本发明涉及钟表机芯领域，特别是主发条、报时发条(striking spring)等等，和扁平发条(flat spring)如定位杆(jumper)、防震器(shock absorber)等等。
[0005]发明背景
[0006]钟表发条，特别是主发条的阻力和寿命是长期存在的问题。钟表发条厂商总是寻求提供提高的使用寿命，基本具有改进的抗疲劳性以及特别是对蓄能发条、主发条或报时发条而目提尚的动力储存的材料。
[0007]高碳钢的使用非常快速地容许得到所需弹性特性，但它们对腐蚀的敏感性与在接近其断裂载荷的力下的持久使用组合常常导致在腐蚀点出现时破裂。另外，这些钢倾向于具有永久变形，这削弱了动力储存，因为它们的比例最大延长比其弹性极限低得多。
[0008]以多数变化组成和各种处理测试了大量合金。Elgin的专利No BE475783、CH279670、US 647783和US2524660提出了用提高产物成本的复杂生产方法使用钴基合金、铬-钼组合以及镍、铁和锰组合的解决方法。
[0009]Seiko的W0专利No 2005/045532提出用钒系元素补充的钛基合金。
[0010]—些厂商开发了具有不同于芯材料的表面层的发条，例如Seiko的W0专利No 02/04836，或者 Sandvik 的 CH 专利 No 383886，或者 Fabrique Suisse de Ressortsd’ Horlogerie 的 CH 专利 No 330555，或者 GFD-Diamaze 的 EP 专利 No 2511229，或者 CSEM的 EP 专利 No 1422436。
[0011]无定形合金也以高硼比例由Rolex的W0专利No 2012/01941已知，或者Rolex的EP 专利 No 2133756(金属玻璃)或者由 Vacuumschmelze 的 DE 专利 No 102011001783 已知。
[0012]所有这些材料都是极其昂贵的，且市场上没有出现对所涉及的应用而言实际上比其它更有效的产品。
[0013]大量批发的合金纯理论上可适于制造钟表发条，但在实际生产条件下对这些合金的实验测试遭遇大量限制，这解释了关于在制表工业中用于制造发条，尤其是螺旋发条的材料非常有限的发展。
[0014]因此，书面形式上会是合适的且可能适于宏观力学、电力工程、重型机械等等的大量合金在尝试将它们转化成制表业所需的尺寸时证明总体上是不能实行的。
[0015]由G6n6rale Ressorts的CH专利No 703796已知包含置于面心立方奥氏体结构中的由铁和铬形成的基底的氮不锈钢合金。该文件中所述合金具有高溶液氮浓度(0.75-1%氮)。在合金的制造期间，溶液氮浓度难以准确地控制。合金中溶液氮的量的少量增加可导致合金延展性的损失，这击败了材料待用作发条的所需目的。
[0016]另外，氮含量对氮化铬的沉淀动力学具有强烈影响，并且当氮含量为约1%时，合金回火(其防止出现氮化物)速度高，这使得这些合金的处理方法工业化是困难且昂贵的。
[0017]另外，由这些合金制造发条是非常有问题的。常规生产计划在于通过锻造、滚压使合金铸还变形，然后通过拉伸或拉丝成具有约6_的直径的线材而加工，然后在一系列冷乳和拉丝操作之前使其剥皮和清洗:特别地，剥皮和拉丝操作在寻求得到具有非常小尺寸的发条，特别是具有小于0.200mm的厚度的钟表用螺旋主发条或者可具有约0.050mm的厚度的擒纵机构用摆轮游丝时是尤其困难的或者是不可能的。
[0018]实际上，必须对材料进行的这些操作导致几十或几百摄氏度的明显升温。具有约1%或更多的氮含量的氮钢对该升温非常敏感，因为从约200°c起，可能产生氮化物或其它脆化化合物的沉淀，这妨碍其理论组成应当满意以实现所需弹性特性的合金的任何制表应用。脆化导致拉丝中的断裂，使得它不适于最后工序。
[0019]滚压和拉丝速度的降低可能降低但不消除这些升温，但这些速度然后如此低使得材料成本变得抑制工业用途。实际上，为了从6mm的直径变成约0.6mm的直径(即100:1的横截面面积比)，除了还需要的中间热处理外，必须进行30-50个连续拉丝操作(假定横截面每次降低9-15% )，更准确地，约50个操作以限制加热点数。
[0020]氮钢难以生产，执行起来困难且昂贵，因此，它们在精密或普通机械工程中遭遇很少的热情，唯一的已知应用领域为畸齿矫正、修复学和电工学(马达或交流发电机中的扣环)，因此基本是宏观或重型机械应用。归因于氮钢的理论具体质量因此与实际现实冲突。
[0021]因此，由于这些缺点，不可能使用任何类型的氮合金制造钟表发条，且重要的是做出非常具体的选择以生产具有约0.60-1.00mm的直径的用作原丝材料的材料，然后通过冷乳使其变形以得到具有基本矩形截面的发条。
[0022]钟表发条制造商的问题因此是确定具有合适氮和碳含量的合金以使得可首先生产具有几十毫米的直径的原丝材料，然后生产具有基本矩形截面具有几百毫米的厚度的异形发条。
[0023]尽管钟表发条的明显特性是它们的特定尺寸，另一特征在于它们在非常具体的金属疲劳条件下的使用:这些发条永久地经受接近其破裂极限的力，其称为寡环疲劳(oligocyclic fatigue)。在寡环疲劳下工作的材料必须是特别完美的以防止在降低的循环数以后的任何过早破裂。
[0024]对理论上可能适于制造钟表发条的合金的检查逻辑上涉及具有面心立方结构的奥氏体合金。
[0025]Speidel BASF 的 US 专利 No 6682582B1 描述了具有高比例铬(16-22% )、0.08%至0.30质量％碳和0.30%至0.70质量％氮以及少于9%锰和少于2%钼的各种合金。
[0026]Korea Mach.Materials INST 的韩国专利 No KR 20090092144 公开了具有包含0.60%至0.90质量％的总碳和氮含量的锰-铬-镍-钼合金，在其中尤其，在该族的一些合金中具有少于0.45质量％的碳含量和少于0.45质量％的氮含量。
[0027]Nippon Steel Corp 的日本专利 No H02156047 公开了具有 5-25% 锰、15-22% 铬、0.10%至0.30%碳和0.3%至0.6%氮的合金。
[0028]面对大量文献，选择实际上可变形以制造钟表发条的合金是困难的。大量文件描述了仅在理论上可能合适的合金，因为它们为似乎具有所需特性的奥氏体合金，例如 Nano Gijutsu Kenkyusho 的 JP 专利申请 No 2004137600A，Daido Steel Co Ltd 的JP 专利申请 No 2009249658A，Ugine Savoie SA 的 FR 专利申请 No 2776306A1，或者 VSGEN&Schmiedetechnik GmbH 的 DE 专利申请 No 19607828A1。
[0029]显然，尽管这些文件中描述的所有合金在理论上都可能是合适的，但非常少数满足本领域技术人员的成型要求，本领域技术人员必须采取广泛的试验以做出选择，并在实际生产条件下测试所选择的各个合金，这不在这些文献的仅读者能掌握的范围内。
[0030]更具体而言，主发条，机械表的驱动元件，由金属条制造，然后围绕条轴绕制并容纳在条盒轮鼓(barrel drum)中。Aurfele MAIRE 的文件，the Journal Suissed’horlogerie，第 5/6 卷，1968 年 1 月 1 日，第 213-214 页 XP001441388 陈述了快速旋转条盒轮的理论，描述了自由高音谱号形状的螺旋发条和关于最大可用能的最佳化几何学。
[0031]由具有几十mm的直径的原丝材料(其已经是在如上所述极长且复杂的方法期间转变的产物)制造螺旋发条，特别是主发条的常规制造以几个步骤实现:
[0032]-将金属丝滚压以得到条，
[0033]-将条切成限定长度，任选还在其一端切出孔，
[0034]-在包含孔的条的一端形成眼以使条能够固定在条轴上(通过在条中做出的孔(如果条轴包含钩的话)或者通过条在条轴上的摩擦)。该步骤以两个部分进行:
[0035]〇形成第一眼，所述第一眼对应于其圆周具有比条轴更小的直径的圆