技术领域
本发明涉及用于钟表机芯的部件，尤其涉及机械钟表机芯的非磁性枢转销，更具体地涉及非磁性的摆轮轴、叉轴和擒纵齿轴。
背景技术：
制造用于钟表的枢转销包括：在可硬化的钢棒上执行棒车削操作以限定各种工作表面(肩部、突出部分、枢转部等)；然后使由棒车削而成的销经受热处理，该热处理包括至少一个硬化操作以改善销的硬度以及一个或多个回火操作以改善粗糙度。所述热处理操作之后是轧制销枢转部的操作，该轧制操作包括抛光枢转部至所要求的尺寸。所述轧制操作还改善了枢转部的硬度和粗糙度。需要注意的是，对于具有低硬度、即小于600HV的材料而言，这种轧制操作非常困难或者甚至不可能实现。
通常用在机械钟表机芯中的枢转销(例如摆轮轴)由棒车削钢制成，所述钢一般是马氏体碳钢，其含有铅和锰硫化物以改善它们的机加工性能。以20AP表示的已知的这种类型的钢通常用于这些应用。
这种类型的材料具有容易机加工的优点——尤其适合棒车削，并且在硬化和回火以后具有对于制造钟表枢转销非常有利的出众的机械性能。这些钢在热处理后尤其具有出众的耐磨性和硬度。通常，在热处理和轧制以后，由20AP钢制成的销枢转部的硬度可以超过700HV。
尽管这种材料提供了如上所述的用于钟表应用的令人满意的机械性能，但是它具有这样的缺点，即，这种材料是磁性的，并且在遇到磁场以后能扰乱手表的运转，尤其在所述材料用于制造与由铁磁材料制成的游丝协作的摆轮轴时。这种现象对于本领域技术人员而言是熟知的，并且例如在Bulletin Annuel Suisse de Chromométrie的第一卷的第52-74页中有所描述。还应当注意到，这些马氏体钢还是不耐腐蚀的。
人们已经尝试利用奥氏体不锈钢来克服这些缺陷，所述奥氏体不锈钢具有非磁性的特性，即，顺磁性或者反磁性或反铁磁性的特性。然而，这些奥氏体钢具有晶体结构，这意味着它们不能被硬化或者不能获得硬度并因此不能获得与制造钟表枢转销所必需的要求相符合的耐磨性。提高这种钢的硬度的一种方法是冷加工；然而，这种硬化操作不能获得大于500HV的硬度。因而，对于由于摩擦而要求高耐磨性的部件以及具有小的变形风险或者不具有变形风险的枢转部来说，这种类型的钢的使用仍然受到限制。
尝试克服这些缺陷的另一途径在于，将诸如类金刚石(DLC)的材料的硬层沉积在枢转销上。然而，已经观察到，存在所述硬层层离以及因此形成碎屑的重大风险，所述碎屑可以在手表机芯内部四处移动并且扰乱钟表的运转，这是不令人满意的。
另外已经设想了用于克服奥氏体不锈钢的缺陷的另一途径，即，通过渗氮、渗碳或碳氮共渗来使枢转销表面硬化。然而，已知这些处理会显著削弱耐腐蚀性，因为氮和/或碳与钢中的铬反应并且形成导致铬基局部耗尽的氮化铬和/或碳化铬，这对期望的钟表应用是有害的。
技术实现要素：
本发明的一个目的是：通过提供一种枢转销来克服全部或者部分前述缺陷，所述枢转销限制对磁场的敏感性并且能获得与钟表工业所要求的耐磨和抗震的需求相符合的改善的硬度。
本发明的另一个目的是：提供一种具有改善的耐腐蚀性的非磁性枢转销。
本发明的又一个目的是：提供一种能简便且经济地制造的非磁性枢转销。
因此，本发明涉及一种用于钟表机芯的由金属制成的枢转销，该枢转销在其至少一个端部处包括至少一个枢转部，该枢转销的特征在于，所述金属是奥氏体钢、奥氏体钴合金或奥氏体镍合金，以限制所述枢转销对磁场的敏感性，所述至少一个枢转部的至少外表面相对于所述枢转销的芯部被硬化至预定深度。
因此，销的表面区域或者整个销被硬化，即，销的芯部可以不变或几乎不变。通过销的某些部分的这种选择性硬化，所述枢转销可以具有例如下述优点：对磁场的低敏感性、在主应力区域中的硬度以及良好的耐腐蚀性，同时仍保持良好的总体粗糙度。此外，使用这种类型的奥氏体钢的优点在于所述钢是能高度机加工的。
根据本发明的其它有利特征：
-所述预定深度介于所述枢转部的总直径d的5％和40％之间，典型地介于5和35微米之间；
-硬化的外表面包括至少一种化学元素的扩散原子，所述至少一种化学元素是非金属元素，并且优选是氮和/或碳元素；
-硬化的外表面具有大于1000HV的硬度。
另外，本发明涉及一种钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯包括根据任一前述变型方案所述的枢转销；所述钟表机芯尤其包括具有根据任一前述变型方案所述的枢转销的摆轮轴、叉轴和/或擒纵齿轴。
最后，本发明涉及一种制造枢转销的方法，该方法包括下述步骤：
a)由奥氏体钢、奥氏体钴合金或奥氏体镍合金的基体制成枢转销，以限制所述枢转销对磁场的敏感性，所述枢转销包括位于其至少一个端部处的至少一个枢转部；
b)使原子在所述至少一个枢转部的至少外表面上扩散至预定深度，以使所述枢转部在主应力区域中硬化同时保持高粗糙度。
因此，通过使原子在钢或者钴合金或镍合金中扩散，使枢转部的表面区域或者整个枢转部硬化，而不需要在所述枢转部的顶部上沉积第二材料。实际上，硬化发生在枢转销的材料中，根据本发明，这有利地防止了任何随后的层离，而在硬层沉积在枢转销上的情况中可能发生层离。
此外，这种意在使碳和/或氮原子扩散到合金的间隙位置中的热化学处理原则上不会形成会损坏枢转销的耐腐蚀性的碳和/或氮化物。
根据本发明的其它有利特征：
-所述预定深度介于所述枢转部的总直径d的5％和40％之间；
-所述原子包括至少一种化学元素，该化学元素优选是非金属元素，例如氮和/或碳；
-步骤b)包括热化学扩散处理；
-步骤b)包括离子植入过程和扩散处理；
-在步骤b)之后对所述枢转部进行轧制或抛光。
附图说明
从下面参考附图经由非限制性示例给出的描述中可以清楚地发现其它特征和优点，其中：
-图1是根据本发明的枢转销的示意图。
-图2是根据本发明的摆轮轴枢转部在扩散处理操作之后且在轧制或抛光操作之前的部分截面图。
-图3是与图2相似的部分截面图，示出了在扩散处理操作之后且在轧制或抛光操作之后的枢转部。
-图4和图5是示出了根据本发明的摆轮轴枢转部在扩散操作之后并且分别在轧制或抛光操作之前或之后朝向芯部的硬度曲线的曲线图。
具体实施方式
本发明涉及用于钟表机芯的部件，尤其涉及用于机械钟表机芯的非磁性的枢转销。
下面将参照非磁性的摆轮轴1的应用来描述本发明。当然，也可以设想其它类型的钟表枢转销，例如，钟表轮副芯轴，典型地为擒纵齿轴或叉轴。
参见图1，其中示出根据本发明的摆轮轴1，所述摆轮轴包括多个具有不同直径的部段2，所述部段常规地限定肩部2a和突出部分2b，所述肩部和突出部分设置在限定枢转部3的两个端部部分之间。这些枢转部中的每一个意在在轴承中、典型地在宝石或红宝石的孔中枢转。
由于由每天遇到的物体感应出的磁力，限制摆轮轴1的敏感性以避免影响包含该摆轮轴的钟表的运转是重要的。
本发明出乎意料地在未做任何妥协的情况下同时克服了上述两个问题并且提供了额外的优点。因此，摆轮轴1的金属4是奥氏体钢并且优选地是奥氏体不锈钢，以便有利地限制该轴对磁场的敏感性。此外，至少枢转部的外表面5(图2和图3)相对于摆轮轴的其余部分被硬化至预定厚度，以便根据本发明有利地为所述外表面提供出众的硬度，同时保持高粗糙度。
实际上，根据本发明，在枢转部3的外表面上获得大于1000HV的硬度是可能的。以上数值获得自316L铬-镍奥氏体不锈钢，其含有至少16.5％Cr和10％Ni(DIN X2CrNiMo17-12-2+Su+Cu)并添加有硫和硫化锰。当然，可以设想其它奥氏体不锈钢，只要它们的组成比例能给予顺磁性能、反磁性能、反铁磁性能和良好的机加工性能。
已经经验证实，介于枢转部3的总直径d的5％和40％之间的硬化深度对于应用到摆轮轴是足够的。作为示例，如果半径d/2是50μm，则环绕枢转部3的硬化深度优选地约为15μm。显然，根据应用场合，可以提供介于总直径d的5％和80％之间的不同硬化深度。
优选地，根据本发明，枢转部3的硬化外表面5包括至少一种非金属(诸如氮和/或碳)的扩散原子。实际上，如以下解释的，通过原子在钢4的填隙饱和，表面区域5被硬化，而不需要将第二材料沉积在枢转部3的顶部上。实际上，硬化发生在枢转部3的材料4中，根据本发明，这有利地防止了在使用期间发生随后的任何层离。
结果，至少一个表面区域5被硬化，而摆轮轴1的机械性能没有任何明显改变，即，枢转部3的芯部和/或枢转销的其余部分可以保持不变或几乎不变。由于摆轮轴1的枢转部3的这种选择性改变，所以可以将诸如对磁场的低敏感性以及在主应力区域中的硬度和高粗糙度的优点结合起来，同时保持良好的抗腐蚀性和抗疲劳性。
本发明还涉及制造如上所述的摆轮轴的方法。本发明的方法有利地包括下述步骤：
a)用奥氏体钢基体制造摆轮轴1，以限制该摆轮轴对磁场的敏感性，该摆轮轴包括在其每个端部处的枢转部3；
b)使原子至少在枢转部3的外表面5上扩散到预定深度，以便在主应力区域中硬化所述枢转部。
根据第一优选实施例，在步骤b)之后对枢转部3进行轧制或抛光，以便达到枢转部3所要求的尺寸和最终表面光洁度。由于在处理之后的这个轧制操作，相对于那些枢转部仅经受了硬化操作的销而言，所述枢转销获得了增强的耐磨性和抗震性。
从图4和图5示出的曲线图中可以看到，销的表面(包括该销的枢转部3的表面)的硬度达到约1300HV的硬度(曲线A，图4)，其中，这些图是以全部表面已进行步骤b)的扩散处理的摆轮轴为基础制成的。还可以注意到，出乎预料地是，去除了表层5a(图2中的深色层)的一部分的轧制操作也去除了枢转部3的表层5的最硬部分，但是枢转部3的表面硬度(曲线B，图5)有利地保持大于1000HV，这赋予枢转部3针对所涉及应用的令人满意的耐磨性能。
有利地，根据本发明(不管实施例如何)，所述方法可以应用于大批量生产。因此，步骤b)可以包含热化学处理，例如对若干摆轮轴和/或若干摆轮轴坯料进行渗碳或渗氮。显然，步骤b)可以包含化学元素——优选非金属、例如氮和/或碳——的原子在钢4中的间隙扩散。最后，有利地，发现本方法的压应力改善了抗疲劳强度和抗震性。
步骤b)还可以包含离子植入过程和/或热扩散处理。该变型方案具有不限制扩散原子的类型的优点以及允许间隙扩散和替位扩散两者的优点。
当然，本发明不限于已示出的示例，而是包括对于本领域技术人员来说显而易见的各种变型和修改。尤其是，可以设想整个地或几乎整个地处理枢转部3，即，处理大于枢转部3的直径d的80％，尽管这对于针对枢转销(例如钟表摆轮轴)的应用而言不是必要的。
根据本发明，用于制造枢转销的基本材料可以是含有至少39％钴的奥氏体钴合金或者含有至少33％镍的奥氏体镍合金；所述奥氏体钴合金典型地是称作DIN K13C20N16Fe15D7的合金，该合金典型地含有39％Co、19％Cr、15％Ni和6％Mo、1.5％Mn、18％Fe以及由添加剂构成的其余部分；所述奥氏体镍合金典型地是称作的合金，该合金典型地具有35％Ni、20％Cr、10％Mo、33％Co和由添加剂构成的其余部分。
技术特征：
1.一种用于钟表机芯的由金属制成的枢转销(1)，该枢转销在其至少一个端部处包括至少一个枢转部，其中所述金属是奥氏体钢、奥氏体钴合金或奥氏体镍合金，以限制所述枢转销对磁场的敏感性，其中所述至少一个枢转部(3)的至少外表面(5)相对于所述枢转销的芯部被硬化至预定深度，所述硬化是通过碳和/或氮填隙原子在不会形成任何氮化物、碳化物和/或碳氮化合物的情况下实现的，并且其中，硬化的外表面(5)具有大于1000HV的硬度。
2.根据权利要求1所述的枢转销(1)，其中，所述预定深度介于所述枢转部的总直径(d)的5％和40％之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的枢转销(1)，其中，形成所述枢转销的金属从包含奥氏体铬-镍不锈钢、奥氏体钴钢和奥氏体镍钢的组中选定，所述奥氏体铬-镍不锈钢含有至少16.5％Cr和10％Ni，所述奥氏体钴钢含有至少39％钴，所述奥氏体镍钢含有至少33％镍。
4.根据权利要求3所述的枢转销(1)，其中，形成所述枢转销的金属从包含X2CrNiMo17-12-2+Su+Cu奥氏体钢、K13C20N16Fe15D7奥氏体钴合金和含有35％Ni、20％Cr、10％Mo、33％Co及由添加剂构成的其余部分的奥氏体镍合金的组中选定。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的枢转销(1)，其中，所述枢转销具有两个枢转部。
6.一种钟表机芯，其中，所述钟表机芯包括根据权利要求1至5中任一项所述的枢转销(1)。
7.一种钟表机芯，其中，所述钟表机芯包括具有根据权利要求1至6中任一项所述的枢转销的摆轮轴(1)、叉轴和/或擒纵齿轴。
8.一种制造枢转销(1)的方法，该方法包括下述步骤：
a)由奥氏体钢(5)、奥氏体钴合金或奥氏体镍合金的基体制成枢转销(1)，以限制所述枢转销对磁场的敏感性，所述枢转销包括位于其至少一个端部处的至少一个枢转部(3)；
b)在不会形成任何氮化物、碳化物和/或碳氮化合物的情况下，使碳原子和/或氮原子在所述至少一个枢转部(3)的至少外表面上在填隙位置中扩散至预定深度，以使所述枢转部(3)在主应力区域中硬化同时保持高粗糙度，其中，所述预定深度介于所述枢转部(3)的总直径(d)的5％和40％之间。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤b)包括热化学扩散处理。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，步骤b)包括离子植入过程，该离子植入过程后面跟随有或不跟随有扩散处理。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，所述枢转部(3)在步骤b)之后进行轧制/抛光步骤。
12.一种制造枢转销(1)的方法，该方法包括下述步骤：
a)由从包含奥氏体铬-镍不锈钢、奥氏体钴钢和奥氏体镍钢的组中选定的金属的基体制成枢转销(1)，以限制所述枢转销对磁场的敏感性，所述枢转销包括位于其至少一个端部处的至少一个枢转部(3)，其中所述奥氏体铬-镍不锈钢含有至少16.5％Cr和10％Ni，所述奥氏体钴钢含有至少39％钴，所述奥氏体镍钢含有至少33％镍；
b)使原子在所述至少一个枢转部(3)的至少外表面上扩散至预定深度，以使所述枢转部(3)在主应力区域中硬化同时保持高粗糙度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述枢转销的金属从包含X2CrNiMo17-12-2+Su+Cu奥氏体钢、K13C20N16Fe15D7奥氏体钴合金和含有35％Ni、20％Cr、10％Mo、33％Co及由添加剂构成的其余部分的奥氏体镍合金的组中选定。
技术总结
本发明涉及一种由金属制成的枢转销，该枢转销在其每个端部处包括一枢转部，该枢转销的特征在于，所述金属是奥氏体钢、奥氏体钴合金或奥氏体镍合金，以限制所述枢转销对磁场的敏感性，所述两个枢转部中的其中一个的至少外表面相对于所述枢转销的其余部分被硬化至预定深度，以使所述枢转部硬化。本发明还涉及钟表机芯领域。
技术研发人员：C·范格鲁尼根;C·沙邦;M·韦拉尔多
受保护的技术使用者：奥米加股份有限公司
技术研发日：.01.17
技术公布日：.10.25
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