СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЬ-ХРОМ-МАРГАНЦЕВОГО СПЛАВА ДЛЯ ЧАСОВЫХ ПРИМЕНЕНИЙ
METHOD OF IMPROVING IRON-NICKEL-CHROMIUM-MANGANESE ALLOY FOR WATCH APPLICATIONS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу улучшения железо-никель-хром-марганцевого сплава для  часовых применений.
Изобретение относится также к применению такого сплава для изготовления пружины баланса.
Уровень техники
Сплавы термокомпенсаторов, используемые для пружин баланса часов представляют собой по большей части продукт работы Charles-Edouard Guillaume и основаны на Fe-Ni-Cr сплаве Elinvar (Элинвар). С тех пор были добавлены упрочняющие элементы: W + C или Ti + Al или Be, или Nb, которые, в частности, привели к возникновению сплавов "Elinvar", "Ni-Span", "Nivarox", "Isoval".
Все эти сплавы, которые подходят для применения за счет своих механических свойств, являются, тем не менее, ферромагнитными и, следовательно, чувствительными к воздействию магнитных полей, что пагубно отражается на функционировании часов.
В период с 1970-1990 были опубликованы работы по антиферромагнитным сплавам, но они не привели к промышленному развитию. Эти сплавы являются практически нечувствительными к воздействию магнитного поля, но имеют некоторые промышленные проблемы и приход кризиса в производстве часов в 1980-ы годы прекратил разработки.
Документ EP2924514 на имя NIVAROX SA описывает часовую пружину или ювелирное изделие, полученные из сплава нержавеющей стали, содержащего основу, образованную из железа и хрома, расположенные в соответствии с аустенитной гранецентрированной кубической структурой и содержащего марганец и азот, при этом состав этой пружины по массе составляет:
- хром: минимальное значение 15%, максимальное значение 25%;
- марганец: минимальное значение 5%, максимальное значение 25%;
- азот: минимальное значение 0,10%, максимальное значение 0,90%;
- углерод: минимальное значение 0,10%, максимальное значение 1,00%;
- с общей величиной (C + N) по массе углерода и азота в виде доли от общей суммы от 0,40% до 1,50%;
- с отношением содержания (C/N) по массе углерода в виде доли от общего по отношению к количеству азота от 0,125 до 0,550;
- примеси и другие металлы, кроме железа; минимальное значение 0%, максимальное значение 12,0%;
- железо: остальное до 100%.
Раскрытие изобретения
Известно, в частности, из работы Dr. Ing. Manfred Müller, семейство антиферромагнитных сплавов, представляющих особый интерес, типа Fe-Mn-Ni-Cr.
Можно упрочнить такие сплавы путем добавления Ве или путем добавления Ti + Al.
3
3
Ве является не желательным из-за своей токсичности. А добавление Ti + Al является затруднительным, так как Ti + Al реагирует с Ni присутствующим в сплаве, и за счет изменения состава на местном уровне, затрудняет, таким образом, возможность контролирования теплового коэффициента сплава; кроме того, структурное упрочнение путем осаждения NiAl и TiAl имеет тенденцию уменьшить пластичность сплава.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы найти альтернативу, которая позволит обеспечить удовлетворительное упрочнение.
В связи с этим, настоящее изобретение относится к способу улучшения железо-никель-хром-марганцевого сплава для часовых применений, в соответствии с пунктом 1 формулы.
Таким образом, настоящее изобретение дает возможность упрочнить сплав типа Fe-Mn-Ni-Cr, за счет введения углерода и азота путем внедрения, в соответствии с принципом HIS сталей.
Такое упрочнение за счет C + N делает возможным разработку сплавов, имеющих хорошие механические свойства, которые являются антиферромагнитными и экологическими.
Изобретение относится также к применению такого сплава для изготовления пружины баланса часов.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к способу улучшения  железо-никель-хром-марганцевого сплава для часовых применений.
В соответствии с настоящим изобретением, основной сплав выбран и произведен, содержащим по массе:
- от 4,0% до 13,0% никеля,
- от 4,0% до 12,0% хрома,
- от 21,0% до 25,0% марганца,
- от 0 до 5,0% молибдена и/или от 0 до 5,0% меди,
- остальное железо,
и упрочнение указанного сплава осуществляется при сохранении его анти-ферромагнитных свойств за счет введения углерода и азота путем внедрения в количестве, выраженном как доля от массы основного сплава:
- от 0,10% до 1,20% углерода, и/или
- от 0,10% до 1,20% азота.
Доля хрома, следовательно, является гораздо меньше, чем доля указанная в документе EP2924514, приведенном ранее.
Более конкретно, такое введение углерода и азота регулируют таким образом, что сумма долей углерода и азота, в расчете на массу основного сплава, составляет от 0,60% до 0,95%.
Более конкретно, такое введение углерода и азота регулируют таким образом, что сумма долей углерода и азота, в расчете на массу основного сплава, составляет от 0,75% до 0,95%.
Более конкретно, такое введение углерода и азота регулируют таким образом, что сумма долей углерода и азота, в расчете на массу основного сплава, составляет от 0,80% до 0,85%.
Более конкретно, такое введение углерода и азота регулируют таким образом, что отношение процентного содержания углерода и азота, в расчете на общую массу, основного сплава, составляет от 0,5 до 2,0.
Более конкретно, такое введение углерода и азота регулируют таким образом, что отношение процентного содержания углерода и азота в расчете на общую массу основного сплава, составляет от 1,0 до 1,5.
Более конкретно, выбирают указанный основной сплав, содержащий по меньшей мере 8,0 масс.% хрома.
Более конкретно, для того, чтобы повысить его устойчивость к коррозии, в основной сплав включают от 0,5% до 5,0% молибдена и/или меди в качестве доли от массы основного сплава.
Более конкретно, выбирают и производят основной сплав, содержащий по массе:
- от 4,0% до 13,0% никеля,
- от 4,0% до 12,0% хрома,
- от 21,0% до 25,0% марганца,
- от 0 до 5,0% молибдена и/или от 0 до 5,0% меди,
- остальное железо.
Более конкретно, феррохром добавляют к азоту, с тем, чтобы придти к правильному химическому составу.
Более конкретно, ферромарганец добавляют к углероду, с тем, чтобы придти к правильному химическому составу.
Более конкретно, феррохром добавляют к  азоту и ферромарганец добавляют к углероду с тем, чтобы придти к правильному химическому составу.
Более конкретно, производство этого сплава включает в себя процесс литья, включающий следующие стадии:
- подготовка, в адекватных пропорциях, с одной стороны, чистых металлов, никель, хром, железо и, с другой стороны, предварительных сплавов типа:
низкоуглеродистый феррохром, называемый Азотированным Низкоуглеродистым Феррохромом, с 65% хрома, 3% азота, остальное железо,
высокоуглеродистый ферромарганец, называемый Высокоуглеродистым Ферромарганцем, с 75% марганца, 7% углерода, остальное  железо,
низкоуглеродистый ферромарганец, называемый Низкоуглеродистым Ферромарганцем, с 95% марганца, остальное  железо,
- плавление железа, никеля и хрома в вакуумно-индукционной печи при парциальном давлении азота,
- добавление низкоуглеродистого ферромарганца и высокоуглеродистого ферромарганца,
- регулирование температуры и поддержание ее на приблизительно 20°С выше температуры ликвидуса сплава или по меньшей мере на 20°С выше температуры ликвидуса сплава,
- добавление феррохрома к низкоуглеродистому азоту, который является основным источником азота,
- регулирование температуры и поддержание ее на приблизительно 20°С выше температуры ликвидуса сплава или по меньшей мере на 20°С выше температуры ликвидуса сплава,
- осуществление отливки слитка.
Изобретение относится также к применению такого сплава для изготовления пружины баланса часов, в частности, пружины баланса для осциллятора.