СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЬ-ХРОМ-МАРГАНЦЕВОГО СПЛАВА ДЛЯ ЧАСОВЫХ ПРИМЕНЕНИЙ Российский патент 2020 года по МПК C22C38/44 G04B17/06 C21D9/02 

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.

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 Ni₃Al и Ti₃Al 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.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу получения предназначенного для изготовления часов железо-никель-хром-марганцевого сплава. Способ получения предназначенного для изготовления часов железо-никель-хром-марганцевого сплава, содержащего, мас.%: никель - от 4,0 до 13,0, хром - от 4,0 до 12,0, марганец - от 21,0 до 25,0, молибден - от 0 до 5,0 и/или медь - от 0 до 5,0 и железо - остальное, причем способ включает обеспечение предварительных сплавов, представляющих собой азотированный низкоуглеродистый феррохром, содержащий 65% хрома, 3% азота, остальное – железо, высокоуглеродистый ферромарганец, содержащий 75% марганца, 7% углерода, остальное – железо, и низкоуглеродистый ферромарганец, содержащий 95% марганца, остальное – железо, плавление железа, никеля и хрома в вакуумно-индукционной печи при парциальном давлении азота, добавление в расплав указанного низкоуглеродистого ферромарганца и указанного высокоуглеродистого ферромарганца, регулирование и поддержание температуры сплава на по меньшей мере 20°С выше температуры ликвидуса, добавление указанного азотированного низкоуглеродистого феррохрома, регулирование и поддержание температуры сплава на по меньшей мере 20°С выше температуры ликвидуса, осуществление отливки сплава. При этом низкоуглеродистый ферромарганец, высокоуглеродистый ферромарганец и азотированный низкоуглеродистый феррохром добавляют в таких количествах, что указанный сплав содержит от 0,10 до 1,20 мас.% углерода и/или от 0,10 до 1,20 мас.% азота. Сплав характеризуется высокой прочностью. 3 н. и 7 з.п. ф-лы.

1. Способ получения предназначенного для изготовления часов железо-никель-хром-марганцевого сплава, содержащего, мас.%:

никель - от 4,0 до 13,0,

хром - от 4,0 до 12,0,

марганец - от 21,0 до 25,0,

молибден - от 0 до 5,0 и/или медь - от 0 до 5,0, и

железо - остальное,

причем указанный способ включает:

- обеспечение предварительных сплавов, в которых азот добавлен к феррохрому и углерод добавлен к ферромарганцу, при этом указанные предварительные сплавы представляют собой:

азотированный низкоуглеродистый феррохром, содержащий 65% хрома, 3% азота, остальное – железо,

высокоуглеродистый ферромарганец, содержащий 75% марганца, 7% углерода, остальное – железо, и

низкоуглеродистый ферромарганец, содержащий 95% марганца, остальное – железо,

- плавление железа, никеля и хрома в вакуумно-индукционной печи при парциальном давлении азота,

- добавление в расплав указанного низкоуглеродистого ферромарганца и указанного высокоуглеродистого ферромарганца,

- регулирование и поддержание температуры сплава на по меньшей мере 20°С выше температуры ликвидуса,

- добавление указанного азотированного низкоуглеродистого феррохрома,

- регулирование и поддержание температуры сплава на по меньшей мере 20°С выше температуры ликвидуса,

- осуществление отливки сплава,

причем низкоуглеродистый ферромарганец, высокоуглеродистый ферромарганец и азотированный низкоуглеродистый феррохром добавляют в таких количествах, что указанный сплав содержит от 0,10 до 1,20 мас.% углерода и/или от 0,10 до 1,20 мас.% азота.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарное содержание углерода и азота составляет от 0,60 до 0,95 мас.%.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что суммарное содержание углерода и азота составляет от 0,75 до 0,95 мас.%.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что суммарное содержание углерода и азота составляет от 0,80 до 0,85 мас.%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение процентного содержания углерода и азота составляет от 0,5 до 2,0.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что отношение процентного содержания углерода и азота составляет от 1,0 до 1,5.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что сплав содержит хром в количестве по меньшей мере 8,0 мас.%.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что сплав содержит молибден и/или медь в количестве от 0,5 до 5,0 мас.%.

9. Железо-никель-хром-марганцевый сплав, предназначенный для изготовления часов, характеризующийся тем, что он получен способом по любому из пп.1-8.

10. Применение сплава по п.9 в качестве материала для изготовления пружины баланса часов.