ДЕТАЛЬ ЧАСОВ, СОДЕРЖАЩАЯ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫЙ СПЛАВ Российский патент 2020 года по МПК G04B1/14 

Настоящее изобретение касается детали часов, содержащей высокоэнтропийный сплав, а также способа изготовления такой детали часов. Изобретение также касается применения высокоэнтропийного сплава для изготовления детали часов.

Известный уровень техники

Детали часов и особенно ходовые пружины подвергаются воздействию высоких напряжений, в частности, во время процессов их изготовления, а также во время работы.

Они должны, в частности, обладать высокой механической прочностью и высокой пластичностью. Однако в настоящее время детали часов редко способны одновременно демонстрировать эти противоположные свойства.

Сущность изобретения

Целью изобретения является преодоление недостатков существующего уровня техники посредством создания детали часов, обладающей более высокой механической прочностью и более высокой пластичностью.

Для достижения этого, согласно первому объекту изобретения, предложена деталь часов, содержащая высокоэнтропийный сплав, при этом данный высокоэнтропийный сплав содержит между 4 и 13 основными легирующими элементами, образующими единый твердый раствор, причем данный высокоэнтропийный сплав имеет концентрацию каждого из основных легирующих элементов между 1 и 55 атомн.%. Действительно, такая деталь имеет более высокую механическую прочность и более высокую пластичность, чем детали известного уровня техники.

Предпочтительно величина концентрации каждого главного легирующего элемента находится между 10 и 55 атомн.%.

Согласно различным предпочтительным воплощениям:

- высокоэнтропийный сплав может удовлетворять следующей формуле: Fe_aMn_bCo_cCr_d, где величины a, b, c и d находятся между 1 и 55 атомн.%;

- высокоэнтропийный сплав может иметь следующую формулу: Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀;

- высокоэнтропийный сплав может удовлетворять следующей формуле: Fe_80-xMn_xCo₁₀Cr₁₀, где x составляет между 25 и 79 атомн.% и предпочтительно величина x находится между 25 и 45 атомн.%;

- высокоэнтропийный сплав может удовлетворять следующей формуле: Fe_aMn_bNi_eCo_cCr_d, где величины a, b, c, d и e находятся между 1 и 55 атомн.%;

- высокоэнтропийный сплав может удовлетворять следующей формуле: Fe₂₀Mn₂₀Ni₂₀Co₂₀Cr₂₀;

- высокоэнтропийный сплав может удовлетворять следующей формуле: Fe₄₀Mn₂₇Ni₂₆Co₅Cr₂;

- высокоэнтропийный сплав может удовлетворять следующей формуле: Ta_aNb_bHf_cZr_dCr_e, где величины a, b, c, d и e находятся между 1 и 55 атомн.%;

- высокоэнтропийный сплав может, в частности, удовлетворять следующей формуле: Ta₂₀Nb₂₀Hf₂₀Zr₂₀Ti₂₀;

- высокоэнтропийный сплав может удовлетворять следующей формуле: Al_aLi_bMg_cSc_dTi_e, где величины a, b, c, d и e находятся между 1 и 55 атомн.%;

- высокоэнтропийный сплав может, в частности, удовлетворять следующей формуле: Al₂₀Li₂₀Mg₁₀Sc₂₀Ti₃₀;

- высокоэнтропийный сплав может удовлетворять следующей формуле: Al_aCo_bCr_cCu_dFe_eNi_f, где величины a, b, c, d, e и f находятся между 1 и 55 атомн.%;

- высокоэнтропийный сплав может удовлетворять следующей формуле: Cr_18,2Fe_18,2Co_18,2Ni_18,2Cu_18,2Al_9,0.

Предпочтительно высокоэнтропийный сплав может содержать один или несколько образующих твердый раствор внедрения элементов из числа следующих: C, N, B. Эти элементы, образующие твердый раствор внедрения, кроме того, увеличивают механическую прочность сплава.

Предпочтительно высокоэнтропийный сплав может содержать один или несколько структурных упрочняющих элементов из числа следующих: Ti, Al, Be, Nb, предпочтительно в массовой концентрации, находящейся между 0,1 и 3 масс.%.

Согласно различным воплощениям, деталь часов может быть одной из: пружина, ходовая пружина, пружина фиксатора, ось баланса, ролик, анкеры, ось, рычаг анкера, анкерная вилка, зубчатое колесо, анкерное колесо, часовой вал, триб, ротор, заводной валик, головка подзавода, корпус часов, звено браслета, безель часов, застежка браслета.

Второй объект изобретения также касается применения высокоэнтропийного сплава для изготовления детали часов, при этом такой высокоэнтропийный сплав содержит между 4 и 13 основными легирующими элементами, образующими единый твердый раствор, причем концентрация каждого основного легирующего элемента в данном сплаве находится между 1 и 55 атомн.%.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут видны более явно из следующего далее подробного описания предпочтительных воплощений, представленных в качестве неограничивающих примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 схематично представляет ходовую пружину согласно одному воплощению изобретения;

фиг. 2 схематично представляет этапы способа при изготовлении ходовой пружины согласно одному воплощению изобретения.

Подробное описание изобретения

Фиг. 1 схематично представляет ходовую пружину 1 согласно одному воплощению изобретения. Эта ходовая пружина 1 изготавливается из высокоэнтропийного сплава.

В таком высокоэнтропийном сплаве энтропия смешения высока и делает единственную фазу более термодинамически устойчивой, чем при смешивании нескольких фаз.

Данная ходовая пружина предпочтительно изготавливается из высокоэнтропийного сплава, описанного в публикации “Metastable high-entropy dual-phase alloys overcome the strength-ductility trade-off”, Zhiming Li et al, Nature 534, 227–230 (09 июня 2016 г.). Этот высокоэнтропийный сплав имеет следующую формулу: Fe_80-xMn_xCo₁₀Cr₁₀, где величина x предпочтительно находится между 25 и 79 атомн.%.

Более точно, согласно первому воплощению, ходовая пружина может быть изготовлена из сплава Fe₃₅Mn₄₅Co₁₀Cr₁₀. Ходовая пружина, изготовленная таким способом, обладает преимуществом, в котором сочетаются высокая прочность при растяжении и высокая пластичность.

Согласно второму воплощению, ходовая пружина может быть изготовлена из сплава Fe₄₀Mn₄₀Co₁₀Cr₁₀. Ходовая пружина, изготовленная таким способом, обладает преимуществом высокой прочности при растяжении и высокой пластичности. Также она действует согласно механизму TWIP (twinning induced plasticity – двойниковая индуцированная пластичность).

Согласно третьему воплощению, ходовая пружина может быть изготовлена из сплава Fe₄₅Mn₃₅Co₁₀Cr₁₀. Ходовая пружина, изготовленная таким способом, обладает преимуществом наличия еще более высокой прочности при растяжении и высокой пластичности. Также она действует согласно механизму TRIP (transformation induced plasticity – пластичность, наведенная превращением).

Согласно четвертому воплощению, ходовая пружина может быть изготовлена из сплава Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀. Ходовая пружина, изготовленная таким способом, обладает преимуществом наличия еще более высокой прочности при растяжении и высокой пластичности. Она действует согласно механизму TRIP с проявлением двойникового механизма двух фаз: FCC (Face Centered Cubic – гранецентрированная кубическая) и HCP (hexagonal close-packed – гексагональная с плотной упаковкой).

Данное изобретение не ограничено изготовлением ходовой пружины. Действительно, из высокоэнтропийного сплава Fe_80-xMn_xCo₁₀Cr₁₀ могут быть изготовлены и другие детали часов, такие как пружина, ось, ось баланса, маятник, часовой вал, ролик, анкеры, рычаг анкера, анкерная вилка, анкерное колесо, шпиндель, триб, ротор, заводной валик, головка подзавода, пружина фиксатора, корпус часов, звено браслета, безель часов, застежка браслета и др.

Фиг. 2 схематично представляет этапы способа изготовления ходовой пружины, показанной на фиг. 1.

Этот способ включает первый этап 101 получения слитка высокоэнтропийного сплава. Для выполнения этого смешивают элементы в чистом или заранее легированном виде, затем их плавят и смесь разливают с получением слитков.

Далее способ включает этап 102 ковки слитка в нагретом состоянии.

Затем способ включает этап 103 горячей прокатки в листы.

Далее способ включает этап 104 холодной прокатки в листы.

Помимо этого, способ включает этап 105 вытяжки.

Далее способ включает этап 106 холодной прокатки в листы.

Естественно, изобретение не ограничивается воплощениями, описанными с обращением к данным чертежам, и без отступления от объема изобретения предусматриваются другие варианты его осуществления.

Так, в предшествующих примерах применялся сплав _xMn_xCo₁₀Cr₁₀. Однако могут применяться и другие высокоэнтропийные сплавы, такие как, например:

- Fe₂₀Mn₂₀Ni₂₀Co₂₀Cr₂₀;

- Fe₄₀Mn₂₇Ni₂₆Co₅Cr₂;

- Ta₂₀Nb₂₀Hf₂₀Zr₂₀Ti₂₀;

- Al₂₀Li₂₀Mg₁₀Sc₂₀Ti₃₀;

- Cr_18,2Fe_18,2Co_18,2Ni_18,2Cu_18,2Al_9,0.

Изобретение относится к детали часов, содержащей высокоэнтропийный сплав, при этом данный высокоэнтропийный сплав содержит между 4 и 13 основными легирующими элементами, образующими единый твердый раствор, и при этом данный высокоэнтропийный сплав имеет концентрацию каждого из основных легирующих элементов между 1 и 55 ат.%. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Деталь часов, содержащая высокоэнтропийный сплав, который удовлетворяет следующим формулам: Fe_80-xMn_xCo₁₀Cr₁₀, где x находится между 25 и 79 ат.%, предпочтительно x находится между 25 и 45 ат.%, или Fe_aMn_bNi_eCo_cCr_d, или Fe_aMn_bCo_cCr_d, или Ta_aNb_bHf_cZr_dCr_e, или Al_aLi_bMg_cSc_dTi_e, или Al_aCo_bCr_cCu_dFe_eNi_f, где величины a, b, c, d и e находятся между 1 и 55 ат.%.

2. Деталь часов по п.1, в которой высокоэнтропийный сплав содержит один или несколько образующих твердый раствор внедрения элементов, выбранных из: C, N, B.