ХОДОВАЯ ПРУЖИНА ДЛЯ ЧАСОВ
MAINSPRING FOR CLOCKS

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к ходовой пружине для часов, в частности к ходовой пружине, предназначенной для встраивания в барабан.
Уровень техники, предшествующий изобретению
Известно, что для изготовления ходовой пружины, предназначенной для размещения в барабане, используется материал "Нивафлекс 45/5" (Nivaflex 45/5). Этот материал имеет высокий предел упругости, как правило, составляющий 3100 МПа, и высокий модуль упругости, как правило, составляющий 220 ГПа.
Краткое описание изобретения
Цель данного изобретения - преодолеть все или часть вышеупомянутых недостатков, предложив альтернативную выполненную в виде единого целого ходовую пружину, которая ограничивает чувствительность к магнитным полям и обеспечивает более низкий модуль упругости, в то же время имеет улучшенный предел упругости в основных зонах механических напряжений.
Данное изобретение, таким образом, относится к ходовой пружине, содержащей металлическую ленту, характеризующейся тем, что металл представляет собой аустенитную сталь для ограничения чувствительности к магнитным полям, и что по меньшей мере внешняя поверхность ленты упрочнена по сравнению с остальной частью ленты на заранее заданную глубину в основных зонах механических напряжений, в то же время сохраняя низкий модуль упругости аустенитной стали.
Соответственно, поверхностную зону всей ленты упрочняют, т.е. сердечник ленты может быть немного модифицирован или не модифицирован. Это селективное упрочнение ленты означает, что ходовая пружина может сочетать в себе преимущества, такие как нечувствительность к магнитным полям, низкий модуль упругости и в основных зонах механических напряжений высокий предел упругости, наряду с хорошей стойкостью к коррозии и усталости.
В соответствии с прочими преимущественными характерными особенностями данного изобретения:
- заранее заданная глубина представляет от 5 до 40% полной толщины е ленты;
- упрочненная наружная поверхность включает в себя диффундированные атомы по меньшей мере одного неметалла, такого как азот и/или углерод;
- упрочненная наружная поверхность имеет твердость более 1100 HV по Викерсу;
- упрочненная наружная поверхность имеет предел упругости более 3500 МПа.
Кроме того, данное изобретение относится к барабану для часов, характеризующемуся тем, что он включает в себя ходовую пружину, выполненную согласно любому из предыдущих вариантов.
И наконец, данное изобретение относится к способу производства ходовой пружины, включающему в себя следующие этапы:
a) формирование ленты на основе аустенитной стали, чтобы ограничить чувствительность к магнитным полям;
b) диффундирование атомов на заранее заданную глубину на наружной поверхности ленты, чтобы упрочнить ленту в основных зонах механических напряжений, в то же время сохраняя низкий модуль упругости.
Соответственно благодаря диффундированию атомов в сталь получается поверхностный слой, в котором вся лента упрочняется без необходимости осаждать второй материал поверх ленты. На самом деле упрочнение происходит внутри материала ленты, что преимущественно согласно данному изобретению предотвращает любое последующее отслоение.
В соответствии с другими преимущественными характерными особенностями данного изобретения:
- заранее заданная глубина составляет от 5 до 40% полной толщины е ленты;
- атомы включают в себя по меньшей мере один неметалл, такой как азот и/или углерод;
- этап b) состоит из термомеханической диффузионной обработки;
- этап b) состоит из процесса ионной имплантации и диффузионной обработки;
- ленту наматывают на этапе a) или после выполнения этапа b).
Краткое описание чертежей
Прочие характерные особенности и преимущества данного изобретения станут очевидны из последующего технического описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 приведена схема ходовой пружины, выполненной согласно данному изобретению;
на фиг.2 показано схематически поперечное сечение ходовой пружины, выполненной согласно данному изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Данное изобретение относится к ходовой пружине, такой как пружина, предназначенная для барабана часов. Очевидно, что другие применения, требующие ходовой пружины, могут быть также предусмотрены, такие как, например, средства автоматики.
Ходовая пружина 1, выполненная согласно данному изобретению, включает в себя металлическую ленту 3, которая предпочтительно намотана в виде спирали. Во время разработки и имитационного моделирования было обнаружено, что ходовые пружины этого типа подвергаются механическим напряжениям, которые по существу прикладываются к наружной поверхности ленты 3, т.е. на длине l, высоте h и толщине е. Таким образом, механические напряжения уменьшаются от наружной поверхности к центру ленты 3, где механические напряжения равны нулю.
Соответственно было обнаружено, что важно, чтобы лента 3 имела высокий предел упругости, причем эта величина не обязательно должна быть равномерной, и она может быть ограничена до определенной глубины в наружной поверхности.
Кроме того, из-за наличия магнетизма, создаваемого объектами, которые встречаются в повседневной жизни, важно ограничить чувствительность ходовых пружин 1, чтобы избежать отрицательного влияния магнитных полей на работу часов, в которые они встроены. Однако материал с высоким пределом упругости обычно очень чувствителен к магнитным полям.
Данное изобретение решает обе эти проблемы одновременно без компромисса и обеспечивает дополнительные преимущества. Таким образом, металл 5 представляет собой аустенитную и предпочтительно нержавеющую сталь, чтобы обеспечить преимущество, заключающееся в ограничении чувствительности к магнитным полям. Кроме того, по меньшей мере наружная поверхность 7 ленты упрочняется по сравнению с остальной частью ленты на заранее заданную глубину, с тем чтобы обеспечить, преимущественно согласно данному изобретению, высокий предел упругости на вышеупомянутой наружной поверхности, в то же время сохраняя низкий модуль упругости аустенитной стали.
В действительности, согласно данному изобретению, предел упругости упрочненной наружной поверхности 7 составляет от 3500 до 4500 МПа, тогда как модуль упругости остается по существу равным или менее 190 ГПа для поверхности, упрочненной до твердости более чем 1100 HV по Викерсу и преимущественно составляющей от 1200 до 2000 HV. Вышеуказанные величины были получены при изготовлении пружины из аустенитной хромоникелевой нержавеющей стали марки 316L. Конечно же, может быть предусмотрено использование других аустенитных сталей.
Эмпирическим путем было продемонстрировано, что глубина 7 упрочнения, составляющая от 5 до 40% полной толщины e ленты 3, достаточна для применения в ходовой пружине. Путем примера, если половина толщины e/2 составляет 50 мкм, глубина упрочнения предпочтительно составляет приблизительно 15 мкм по всему периметру поперечного сечения ленты 3. Очевидно, в зависимости от конкретного применения, возможно обеспечить различную глубину 7 упрочнения, составляющую от 5 до 80% полной толщины е.
Предпочтительно, согласно данному изобретению, чтобы упрочненная наружная поверхность 7 включала в себя диффундированные атомы по меньшей мере одного неметалла, такого как азот и/или углерод. В действительности, как объясняется ниже, благодаря межузловому насыщению атомов в стали 5 поверхностная зона 7 упрочняется без необходимости осаждать второй материал поверх ленты 3. В действительности, упрочнение происходит внутри материала 5 ленты 3, и это, преимущественно согласно данному изобретению, предотвращает любое последующее отслоение.
Соответственно по меньшей мере одна поверхностная зона 7 упрочняется, т.е. сердечник ленты 3 может оставаться немного модифицированным или не модифицированным, без какой-либо значительной модификации качественных свойств ходовой пружины. Это селективное упрочнение ленты 3 означает, что ходовая пружина 1 может сочетать в себе преимущества, такие как нечувствительность к магнитным полям, низкий модуль упругости и, в основных зонах механических напряжений, высокий предел упругости, в то же время имея хорошую стойкость к коррозии и усталости.
Данное изобретение также относится к способу изготовления ходовой пружины, как объяснялось выше. Способ данного изобретения преимущественно включает в себя следующие этапы:
a) формирование ленты на основе аустенитной стали, чтобы ограничить чувствительность к магнитным полям;
b) диффундирование атомов на заранее заданную глубину в наружной поверхности ленты, чтобы упрочнить ленту в основных зонах механического напряжения, в то же время сохраняя низкий модуль упругости.
Согласно первому предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, ленту 3 наматывают на этапе a) для диффундирования атомов сразу же в окончательную форму ходовой пружины 1.
Однако, согласно второму предпочтительному варианту осуществления данного изобретения, ленту можно также наматывать после выполнения этапа b), чтобы диффундировать атомы в промежуточную заготовку ходовой пружины 1.
Преимущественно, согласно данному изобретению, независимо от варианта осуществления данного изобретения, способ может быть применен в массовом производстве. Таким образом, этап b) может состоять из термомеханической обработки, такой как науглероживание или азотирование нескольких ходовых пружин и/или нескольких заготовок ходовых пружин. Ясно, что этап b) может состоять из межузловой диффузии атомов неметалла, такого как азот и/или углерод, в сталь 5. И наконец, преимущественно, было обнаружено, что сжимающие напряжения способа данного изобретения улучшают стойкость к усталости.
Этап b) может также состоять из процесса ионной имплантации и диффузионной обработки. Этот вариант имеет преимущество, заключающееся в том, что он не ограничивает тип диффундируемых атомов и позволяет осуществлять как межузловую, так и замещающую диффузию.
Данное изобретение не ограничено проиллюстрированным примером, а способно к различным вариантам и изменениям, которые будут очевидны для специалистов в данной области техники. В частности, возможно предусмотреть полностью или почти полностью обработанную ленту, т.е. обработку более чем 80% толщины е ленты 3, хотя это не необходимо для применения в ходовой пружине.