用于鐘表機芯的部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由金屬制成的樞轉(zhuǎn)銷，該樞轉(zhuǎn)銷在其每個端部處包括一樞轉(zhuǎn)部，該樞轉(zhuǎn)銷的特征在于，所述金屬是奧氏體鋼、奧氏體鈷合金或奧氏體鎳合金，以限制所述樞轉(zhuǎn)銷對磁場的敏感性，所述兩個樞轉(zhuǎn)部中的其中一個的至少外表面相對于所述樞轉(zhuǎn)銷的其余部分被硬化至預(yù)定深度，以使所述樞轉(zhuǎn)部硬化。本發(fā)明還涉及鐘表機芯領(lǐng)域。
【專利說明】用于鐘表機芯的部件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于鐘表機芯的部件，尤其涉及機械鐘表機芯的非磁性樞轉(zhuǎn)銷，更具體地涉及非磁性的擺輪軸、叉軸和擒縱齒軸。
【背景技術(shù)】
[0002]制造用于鐘表的樞轉(zhuǎn)銷包括:在可硬化的鋼棒上執(zhí)行棒車削操作以限定各種工作表面(肩部、突出部分、樞轉(zhuǎn)部等)；然后使由棒車削而成的銷經(jīng)受熱處理，該熱處理包括至少一個硬化操作以改善銷的硬度以及一個或多個回火操作以改善粗糙度。所述熱處理操作之后是軋制銷樞轉(zhuǎn)部的操作，該軋制操作包括拋光樞轉(zhuǎn)部至所要求的尺寸。所述軋制操作還改善了樞轉(zhuǎn)部的硬度和粗糙度。需要注意的是，對于具有低硬度、即小于600HV的材料而言，這種軋制操作非常困難或者甚至不可能實現(xiàn)。
[0003]通常用在機械鐘表機芯中的樞轉(zhuǎn)銷(例如擺輪軸)由棒車削鋼制成，所述鋼一般是馬氏體碳鋼，其含有鉛和錳硫化物以改善它們的機加工性能。以20AP表示的已知的這種類型的鋼通常用于這些應(yīng)用。
[0004]這種類型的材料具有容易機加工的優(yōu)點——尤其適合棒車削，并且在硬化和回火以后具有對于制造鐘表樞轉(zhuǎn)銷非常有利的出眾的機械性能。這些鋼在熱處理后尤其具有出眾的耐磨性和硬度。通常，在熱處理和軋制以后，由20AP鋼制成的銷樞轉(zhuǎn)部的硬度可以超過 700HV。
[0005]盡管這種材料提供了如上所述的用于鐘表應(yīng)用的令人滿意的機械性能，但是它具有這樣的缺點，即，這種材料是磁性的，并且在遇到磁場以后能擾亂手表的運轉(zhuǎn)，尤其在所述材料用于制造與由鐵磁材料制成的游絲協(xié)作的擺輪軸時。這種現(xiàn)象對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是熟知的，并且例如在Bulletin Annuel Suisse de Chromom6trie的第一卷的第52-74頁中有所描述。還應(yīng)當注意到，這些馬氏體鋼還是不耐腐蝕的。
[0006]人們已經(jīng)嘗試利用奧氏體不銹鋼來克服這些缺陷，所述奧氏體不銹鋼具有非磁性的特性，即，順磁性或者反磁性或反鐵磁性的特性。然而，這些奧氏體鋼具有晶體結(jié)構(gòu)，這意味著它們不能被硬化或者不能獲得硬度并因此不能獲得與制造鐘表樞轉(zhuǎn)銷所必需的要求相符合的耐磨性。提高這種鋼的硬度的一種方法是冷加工；然而，這種硬化操作不能獲得大于500HV的硬度。因而，對于由于摩擦而要求高耐磨性的部件以及具有小的變形風險或者不具有變形風險的樞轉(zhuǎn)部來說，這種類型的鋼的使用仍然受到限制。
[0007]嘗試克服這些缺陷的另一途徑在于，將諸如類金剛石(DLC)的材料的硬層沉積在樞轉(zhuǎn)銷上。然而，已經(jīng)觀察到，存在所述硬層層離以及因此形成碎屑的重大風險，所述碎屑可以在手表機芯內(nèi)部四處移動并且擾亂鐘表的運轉(zhuǎn)，這是不令人滿意的。
[0008]另外已經(jīng)設(shè)想了用于克服奧氏體不銹鋼的缺陷的另一途徑，S卩，通過滲氮、滲碳或碳氮共滲來使樞轉(zhuǎn)銷表面硬化。然而，已知這些處理會顯著削弱耐腐蝕性，因為氮和/或碳與鋼中的鉻反應(yīng)并且形成導(dǎo)致鉻基局部耗盡的氮化鉻和/或碳化鉻，這對期望的鐘表應(yīng)用是有害的。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個目的是:通過提供一種樞轉(zhuǎn)銷來克服全部或者部分前述缺陷，所述樞轉(zhuǎn)銷限制對磁場的敏感性并且能獲得與鐘表工業(yè)所要求的耐磨和抗震的需求相符合的改善的硬度。
[0010]本發(fā)明的另一個目的是:提供一種具有改善的耐腐蝕性的非磁性樞轉(zhuǎn)銷。
[0011]本發(fā)明的又一個目的是:提供一種能簡便且經(jīng)濟地制造的非磁性樞轉(zhuǎn)銷。
[0012]因此，本發(fā)明涉及一種用于鐘表機芯的由金屬制成的樞轉(zhuǎn)銷，該樞轉(zhuǎn)銷在其至少一個端部處包括至少一個樞轉(zhuǎn)部，該樞轉(zhuǎn)銷的特征在于，所述金屬是奧氏體鋼、奧氏體鈷合金或奧氏體鎳合金，以限制所述樞轉(zhuǎn)銷對磁場的敏感性，所述至少一個樞轉(zhuǎn)部的至少外表面相對于所述樞轉(zhuǎn)銷的芯部被硬化至預(yù)定深度。
[0013]因此，銷的表面區(qū)域或者整個銷被硬化，S卩，銷的芯部可以不變或幾乎不變。通過銷的某些部分的這種選擇性硬化，所述樞轉(zhuǎn)銷可以具有例如下述優(yōu)點:對磁場的低敏感性、在主應(yīng)力區(qū)域中的硬度以及良好的耐腐蝕性，同時仍保持良好的總體粗糙度。此外，使用這種類型的奧氏體鋼的優(yōu)點在于所述鋼是能高度機加工的。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的其它有利特征:
[0015]-所述預(yù)定深度介于所述樞轉(zhuǎn)部的總直徑d的5%和40%之間，典型地介于5和35微米之間；
[0016]-硬化的外表面包括至少一種化學(xué)元素的擴散原子，所述至少一種化學(xué)元素是非金屬元素，并且優(yōu)選是氮和/或碳元素；
[0017]-硬化的外表面具有大于1000HV的硬度。
[0018]另外，本發(fā)明涉及一種鐘表機芯，其特征在于，所述鐘表機芯包括根據(jù)任一前述變型方案所述的樞轉(zhuǎn)銷；所述鐘表機芯尤其包括具有根據(jù)任一前述變型方案所述的樞轉(zhuǎn)銷的擺輪軸、叉軸和/或擒縱齒軸。
[0019]最后，本發(fā)明涉及一種制造樞轉(zhuǎn)銷的方法，該方法包括下述步驟:
[0020]a)由奧氏體鋼、奧氏體鈷合金或奧氏體鎳合金的基體制成樞轉(zhuǎn)銷，以限制所述樞轉(zhuǎn)銷對磁場的敏感性，所述樞轉(zhuǎn)銷包括位于其至少一個端部處的至少一個樞轉(zhuǎn)部；
[0021]b)使原子在所述至少一個樞轉(zhuǎn)部的至少外表面上擴散至預(yù)定深度，以使所述樞轉(zhuǎn)部在主應(yīng)力區(qū)域中硬化同時保持高粗糙度。
[0022]因此，通過使原子在鋼或者鈷合金或鎳合金中擴散，使樞轉(zhuǎn)部的表面區(qū)域或者整個樞轉(zhuǎn)部硬化，而不需要在所述樞轉(zhuǎn)部的頂部上沉積第二材料。實際上，硬化發(fā)生在樞轉(zhuǎn)銷的材料中，根據(jù)本發(fā)明，這有利地防止了任何隨后的層離，而在硬層沉積在樞轉(zhuǎn)銷上的情況中可能發(fā)生層離。
[0023]此外，這種意在使碳和/或氮原子擴散到合金的間隙位置中的熱化學(xué)處理原則上不會形成會損壞樞轉(zhuǎn)銷的耐腐蝕性的碳和/或氮化物。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的其它有利特征:
[0025]-所述預(yù)定深度介于所述樞轉(zhuǎn)部的總直徑d的5%和40%之間；
[0026]-所述原子包括至少一種化學(xué)元素，該化學(xué)元素優(yōu)選是非金屬元素，例如氮和/或碳;[0027]-步驟b)包括熱化學(xué)擴散處理；
[0028]-步驟b)包括離子植入過程和擴散處理；
[0029]-在步驟b)之后對所述樞轉(zhuǎn)部進行軋制或拋光。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]從下面參考附圖經(jīng)由非限制性示例給出的描述中可以清楚地發(fā)現(xiàn)其它特征和優(yōu)點，其中:
[0031]-圖1是根據(jù)本發(fā)明的樞轉(zhuǎn)銷的示意圖。
[0032]-圖2是根據(jù)本發(fā)明的擺輪軸樞轉(zhuǎn)部在擴散處理操作之后且在軋制或拋光操作之前的部分截面圖。
[0033]-圖3是與圖2相似的部分截面圖，示出了在擴散處理操作之后且在軋制或拋光操作之后的樞轉(zhuǎn)部。
[0034]-圖4和圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的擺輪軸樞轉(zhuǎn)部在擴散操作之后并且分別在軋制或拋光操作之前或之后朝向芯部的硬度曲線的曲線圖。
【具體實施方式】
[0035]本發(fā)明涉及用于鐘表機芯的部件，尤其涉及用于機械鐘表機芯的非磁性的樞轉(zhuǎn)銷。
[0036]下面將參照非磁性的擺輪軸I的應(yīng)用來描述本發(fā)明。當然，也可以設(shè)想其它類型的鐘表樞轉(zhuǎn)銷，例如，鐘表輪副芯軸，典型地為擒縱齒軸或叉軸。
[0037]參見圖1，其中示出根據(jù)本發(fā)明的擺輪軸1，所述擺輪軸包括多個具有不同直徑的部段2，所述部段常規(guī)地限定肩部2a和突出部分2b，所述肩部和突出部分設(shè)置在限定樞轉(zhuǎn)部3的兩個端部部分之間。這些樞轉(zhuǎn)部中的每一個意在在軸承中、典型地在寶石或紅寶石的孔中樞轉(zhuǎn)。
[0038]由于由每天遇到的物體感應(yīng)出的磁力，限制擺輪軸I的敏感性以避免影響包含該擺輪軸的鐘表的運轉(zhuǎn)是重要的。
[0039]本發(fā)明出乎意料地在未做任何妥協(xié)的情況下同時克服了上述兩個問題并且提供了額外的優(yōu)點。因此，擺輪軸I的金屬4是奧氏體鋼并且優(yōu)選地是奧氏體不銹鋼，以便有利地限制該軸對磁場的敏感性。此外，至少樞轉(zhuǎn)部的外表面5 (圖2和圖3)相對于擺輪軸的其余部分被硬化至預(yù)定厚度，以便根據(jù)本發(fā)明有利地為所述外表面提供出眾的硬度，同時保持高粗糙度。
[0040]實際上，根據(jù)本發(fā)明，在樞轉(zhuǎn)部3的外表面上獲得大于1000HV的硬度是可能的。以上數(shù)值獲得自316L鉻-鎳奧氏體不銹鋼，其含有至少16.5%Cr和10%Ni (DINX2CrNiMol7-12-2+Su+Cu)并添加有硫和硫化錳。當然，可以設(shè)想其它奧氏體不銹鋼，只要它們的組成比例能給予順磁性能、反磁性能、反鐵磁性能和良好的機加工性能。
[0041]已經(jīng)經(jīng)驗證實，介于樞轉(zhuǎn)部3的總直徑d的5%和40%之間的硬化深度對于應(yīng)用到擺輪軸是足夠的。作為示例，如果半徑d/2是50 μ m，則環(huán)繞樞轉(zhuǎn)部3的硬化深度優(yōu)選地約為15μπι。顯然，根據(jù)應(yīng)用場合，可以提供介于總直徑d的5%和80%之間的不同硬化深度。
[0042]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，樞轉(zhuǎn)部3的硬化外表面5包括至少一種非金屬(諸如氮和/或碳)的擴散原子。實際上，如以下解釋的，通過原子在鋼4的填隙飽和，表面區(qū)域5被硬化，而不需要將第二材料沉積在樞轉(zhuǎn)部3的頂部上。實際上，硬化發(fā)生在樞轉(zhuǎn)部3的材料4中，根據(jù)本發(fā)明，這有利地防止了在使用期間發(fā)生隨后的任何層離。
[0043]結(jié)果，至少一個表面區(qū)域5被硬化，而擺輪軸I的機械性能沒有任何明顯改變，即，樞轉(zhuǎn)部3的芯部和/或樞轉(zhuǎn)銷的其余部分可以保持不變或幾乎不變。由于擺輪軸I的樞轉(zhuǎn)部3的這種選擇性改變，所以可以將諸如對磁場的低敏感性以及在主應(yīng)力區(qū)域中的硬度和高粗糙度的優(yōu)點結(jié)合起來，同時保持良好的抗腐蝕性和抗疲勞性。
[0044]本發(fā)明還涉及制造如上所述的擺輪軸的方法。本發(fā)明的方法有利地包括下述步驟:
[0045]a)用奧氏體鋼基體制造擺輪軸1，以限制該擺輪軸對磁場的敏感性，該擺輪軸包括在其每個端部處的樞轉(zhuǎn)部3 ；
[0046]b)使原子至少在樞轉(zhuǎn)部3的外表面5上擴散到預(yù)定深度，以便在主應(yīng)力區(qū)域中硬化所述樞轉(zhuǎn)部。
[0047]根據(jù)第一優(yōu)選實施例，在步驟b)之后對樞轉(zhuǎn)部3進行軋制或拋光，以便達到樞轉(zhuǎn)部3所要求的尺寸和最終表面光潔度。由于在處理之后的這個軋制操作，相對于那些樞轉(zhuǎn)部僅經(jīng)受了硬化操作的銷而言，所述樞轉(zhuǎn)銷獲得了增強的耐磨性和抗震性。
[0048]從圖4和圖5示出的曲線圖中可以看到，銷的表面(包括該銷的樞轉(zhuǎn)部3的表面)的硬度達到約1300HV的硬度(曲線A，圖4)，其中，這些圖是以全部表面已進行步驟b)的擴散處理的擺輪軸為基礎(chǔ)制成的。還可以注意到，出乎預(yù)料地是，去除了表層5a(圖2中的深色層)的一部分的軋制操作也去除了樞轉(zhuǎn)部3的表層5的最硬部分，但是樞轉(zhuǎn)部3的表面硬度(曲線B，圖5)有利地保持大于1000HV，這賦予樞轉(zhuǎn)部3針對所涉及應(yīng)用的令人滿意的耐磨性能。
[0049]有利地，根據(jù)本發(fā)明(不管實施例如何)，所述方法可以應(yīng)用于大批量生產(chǎn)。因此，步驟b)可以包含熱化學(xué)處理，例如對若干擺輪軸和/或若干擺輪軸坯料進行滲碳或滲氮。顯然，步驟b)可以包含化學(xué)元素——優(yōu)選非金屬、例如氮和/或碳一一的原子在鋼4中的間隙擴散。最后，有利地，發(fā)現(xiàn)本方法的壓應(yīng)力改善了抗疲勞強度和抗震性。
[0050]步驟b)還可以包含離子植入過程和/或熱擴散處理。該變型方案具有不限制擴散原子的類型的優(yōu)點以及允許間隙擴散和替位擴散兩者的優(yōu)點。
[0051]當然，本發(fā)明不限于已示出的示例，而是包括對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的各種變型和修改。尤其是，可以設(shè)想整個地或幾乎整個地處理樞轉(zhuǎn)部3，即，處理大于樞轉(zhuǎn)部3的直徑d的80%，盡管這對于針對樞轉(zhuǎn)銷(例如鐘表擺輪軸)的應(yīng)用而言不是必要的。
[0052]根據(jù)本發(fā)明，用于制造樞轉(zhuǎn)銷的基本材料可以是含有至少39%鈷的奧氏體鈷合金或者含有至少33%鎳的奧氏體鎳合金；所述奧氏體鈷合金典型地是稱作DINK13C20N16Fel5D7 的合金，該合金典型地含有 39%Co、19%Cr、15%Ni 和 6%Mo、1.5%Mn、18%Fe 以
及由添加劑構(gòu)成的其余部分；所述奧氏體鎳合金典型地是稱作MP35N?的合金，該合金典型地具有35%N1、20%Cr、10%Mo、33%Co和由添加劑構(gòu)成的其余部分。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鐘表機芯的由金屬制成的樞轉(zhuǎn)銷(I)，該樞轉(zhuǎn)銷在其至少一個端部處包括至少一個樞轉(zhuǎn)部，該樞轉(zhuǎn)銷的特征在于，所述金屬是奧氏體鋼、奧氏體鈷合金或奧氏體鎳合金，以限制所述樞轉(zhuǎn)銷對磁場的敏感性，所述至少一個樞轉(zhuǎn)部(3)的至少外表面(5)相對于所述樞轉(zhuǎn)銷的芯部被硬化至預(yù)定深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樞轉(zhuǎn)銷(I)，其特征在于，所述預(yù)定深度介于所述樞轉(zhuǎn)部的總直徑(d)的5%和40%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樞轉(zhuǎn)銷(1)，其特征在于，硬化的外表面(5)包括至少一種化學(xué)元素的擴散原子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的樞轉(zhuǎn)銷(I)，其特征在于，所述至少一種化學(xué)元素是非金屬元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的樞轉(zhuǎn)銷(I)，其特征在于，所述至少一種非金屬元素是氮和/或碳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樞轉(zhuǎn)銷(1)，其特征在于，硬化的外表面(5)具有大于1000HV的硬度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的樞轉(zhuǎn)銷(I)，其特征在于，形成所述樞轉(zhuǎn)銷的金屬從包含奧氏體鉻-鎳不銹鋼、奧氏體鈷鋼和奧氏體鎳鋼的組中選定，所述奧氏體鉻-鎳不銹鋼含有至少16.5%Cr和10%Ni，所述奧氏體鈷鋼含有至少39%鈷，所述奧氏體鎳鋼含有至少33%鎳。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的樞轉(zhuǎn)銷(1)，其特征在于，形成所述樞轉(zhuǎn)銷的金屬從包含X2CrNiMol7-12-2+Su+Cu 奧氏體鋼、K13C20N16Fel5D7 奧氏體鈷合金和含有 35%N1、20%Cr、10%Mo、33%Co及由添加劑構(gòu)成的其余部分的奧氏體鎳合金的組中選定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樞轉(zhuǎn)銷(1)，其特征在于，所述樞轉(zhuǎn)銷具有兩個樞轉(zhuǎn)部。
10.一種鐘表機芯，其特征在于，所述鐘表機芯包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的樞轉(zhuǎn)銷(I)。
11.一種鐘表機芯,其特征在于,所述鐘表機芯包括具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的樞轉(zhuǎn)銷的擺輪軸(I)、叉軸和/或擒縱齒軸。
12.一種制造樞轉(zhuǎn)銷(I)的方法，該方法包括下述步驟: a)由奧氏體鋼(5)、奧氏體鈷合金或奧氏體鎳合金的基體制造樞轉(zhuǎn)銷(1)，以限制所述樞轉(zhuǎn)銷對磁場的敏感性，所述樞轉(zhuǎn)銷包括位于其至少一個端部處的至少一個樞轉(zhuǎn)部(3)； b)使原子在所述至少一個樞轉(zhuǎn)部(3)的至少外表面上擴散至預(yù)定深度，以使所述樞轉(zhuǎn)部(3)在主應(yīng)力區(qū)域中硬化同時保持高粗糙度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定深度介于所述樞轉(zhuǎn)部(3)的總直徑(d)的5%和40%之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述擴散步驟包括至少一種化學(xué)元素的原子的擴散。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述原子包括至少一種非金屬原子。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述至少一種非金屬原子是氮原子和/或碳原子。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，步驟b)包括熱化學(xué)擴散處理。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，步驟b)包括離子植入過程，該離子植入過程后面跟隨有或不跟隨有擴散處理。
19.根據(jù) 權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述樞轉(zhuǎn)部(3)在步驟b)之后進行軋制/拋光步驟。
【文檔編號】G04B17/32GK103941572SQ201410022528
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】C·范格魯尼根, C·沙邦, M·韋拉爾多 申請人:奧米加股份有限公司