亚稳β钛合金、由这种合金制成的钟表弹簧及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种亚稳β钛合金，其包含24重量％至45重量％的铌，0重量％至20重量％的锆，0重量％至10重量％的钽和/或0重量％至1.5重量％的硅和/或小于2重量％的氧，所述合金的特征在于其具有晶体结构，该晶体结构包含：‑奥氏体相和α相的混合物，以及‑体积分数小于10％的ω相沉淀物。本发明专利技术还涉及由这种合金制成的钟表弹簧和制造这种弹簧的方法。

Metastable \u03b2 - titanium alloy, clock spring made of this alloy and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】亚稳β钛合金、由这种合金制成的钟表弹簧及其制造方法
本专利技术涉及亚稳β钛合金及其作为钟表弹簧的用途。本专利技术还涉及用于基于亚稳β钛合金来制造钟表弹簧的方法。除此之外，本专利技术还涉及亚稳β钛合金作为游丝和主发条的特定用途。
技术介绍
用于制造钟表弹簧的材料是机械表的基本元件，并且需要根据弹簧功能而变化的特定性能。摆轮和游丝的组合是控制表的元件；它通过以固有频率在平衡位置附近摆动来提供扭矩。为了使表尽可能少地失去调节，游丝必须提供尽可能恒定的扭矩并且具有变化尽可能小的固有频率。游丝的特征在于恢复其扭矩，其与游丝的弹性极限成正比。因此，为了改善游丝的性能，必须限制扭矩偏移和固有频率因素的影响。这些因素主要与物理环境因素的影响有关，特别是温度和磁场的影响。此外，在温度的作用下膨胀和机械性能改变的影响以及在磁场作用下金属材料的磁致伸缩的影响改变游丝的机械特性。盒-主发条的组合是旨在为表提供能量的元件。为了提供尽可能大的恒定量的能量，主发条必须具有尽可能恒定的扭矩并且能够储存尽可能大量的潜在可恢复能量。主发条的特征在于其与主发条的弹性极限和弹性模量成正比的弹性势。因此，除了游丝的所需性能之外，主发条的性能改善依赖于使用具有尽可能高的弹性极限的材料。另一个基本标准是这些弹簧的制造方法。实际上，弹簧必须具有尽可能小的尺寸，因此在弹簧形成期间其是进一步小型化的对象。用于形成这种小型化的方法必须不能伴随材料的机械性能降低，或者相对于部件尺寸的不规则性，或者部件的表面状态的质量降低。关于游丝，从现有技术中已知基于镍-铁的合金，本领域技术人员也称之为“埃林瓦(Elinvar)”合金。目前，这种类型的合金主要用于制造游丝：特别是使用以商品名Nivarox和Nispan销售的这种类型的合金。还使用具有相似组成并以商品名Metalinvar和Isoval销售的其他相同类型的合金。这些合金的主要限制之一与它们对磁场具有高敏感度的事实有关。因此，基于这些材料的钟表弹簧的扭矩和固有频率可能在存在磁干扰的情况下显著偏移。关于主发条，从现有技术中已知基于钴-镍-铬的合金，包括称为Nivaflex的最广泛使用的商业化合金之一。这种类型的合金证明具有相对高的弹性模量。事实上，这种弹簧的预留工作量(workingreserve)是适中的。使用基于钛的合金的标准成形方法在现有技术中也是已知的。然而，考虑到这些合金的机械性能和摩擦学性能，它们的成形，特别是它们的小型化是非常困难和受限的。本专利技术的目的是提出：-亚稳β钛合金和基于这种合金形成钟表弹簧的方法，使得可以至少部分地克服上述缺点，和/或-具有超弹性行为的合金，和/或-具有低杨氏模量的合金，和/或-具有可忽略的磁化率的合金，和/或-弹性模量对温度变化具有可忽略的敏感性的合金。
技术实现思路
为此，根据本专利技术的第一方面，提出了亚稳β钛合金，其包含24重量％至45重量％的铌，0重量％至20重量％的锆，0重量％至10重量％的钽，和/或0重量％至1.5重量％的硅和/或小于2重量％的氧。根据本专利技术，亚稳β钛合金具有晶体结构，其包含：-奥氏体相和α相的混合物，和-体积浓度小于10％的ω相沉淀物。根据本专利技术，亚稳β钛合金可以由24重量％至45重量％的铌，0重量％至20重量％的锆，0重量％至10重量％的钽和/或0重量％至1.5重量％的硅和/或小于2重量％的氧组成，该合金具有晶体结构，其包含：-奥氏体相和α相的混合物，和-体积浓度小于10％的ω相沉淀物。在本说明书的其余部分中，单独使用的术语“合金”将用于表示根据本专利技术的亚稳β钛合金。合金元素的重量百分比范围的端值包含在所述范围内。合金可包含一种或多于一种选自氢、钼和钒的元素。合金可包含一种或多于一种选自锰、铁、铬、镍和铜的元素。合金可包含锡。合金可包含一种或多于一种选自铝、碳和氮的元素。合金可包含一种或多于一种选自氢、钼、钒、锰、铁、铬、镍、铜、锡、铝、碳和氮的元素。合金可包含小于10％，优选小于8％，更优选小于6％，甚至更优选小于5％，还更优选小于3％的(a)非金属元素。有利地，合金仅包含钛和铌。有利地，合金包含钛和35％至45％的铌。有利地，合金包含钛和40.5％的铌。合金中奥氏体相的存在赋予所述合金超弹性性能。奥氏体相也被本领域技术人员称为β相。超弹性性能包括恒定的可恢复形变和高弹性极限。合金中α相的存在使得可以硬化所述合金。合金中ω相的存在使得可以硬化所述合金。奥氏体相和α相的混合物使得合金具有低弹性模量和弹性模量对温度变化可忽略的敏感度。当合金中存在的ω相沉淀物低于阈值量时，不会影响合金的机械性能。合金中ω相沉淀物的量必须小于10％的阈值，使得合金保持低弹性模量。ω相沉淀物的体积浓度可小于5％，优选小于2％，更优选小于1％。另外，亚稳β钛合金的50重量％或多于50重量％，优选60重量％或多于60重量％，更优选70重量％或多于70重量％，甚至更优选80重量％或多于80重量％，还更优选90重量％或多于90重量％，可以由24％至45％的铌，0％至20％的锆，和/或0％至10％的钽，和/或0％至1.5％的硅，和/或小于2％的氧组成，并且亚稳β钛合金具有晶体结构，其包含：-奥氏体相和α相的混合物，和-ω相沉淀物，其体积浓度小于10％。亚稳β钛合金可由钛和铌，和/或锆和/或钽，和/或硅和/或氧组成。亚稳β钛合金可由钛和铌组成。合金的α相的体积浓度可以为1％至40％，优选2％至35％，优选5％至30％。α相体积浓度为5％至30％使得合金具有最佳的机械性能。α相体积浓度为1％至40％使得可以保持相对低的弹性模量。有利地，α相和ω相以沉淀物的形式存在于由奥氏体晶粒构成的基质中。在由奥氏体晶粒构成的基质中存在α相沉淀物使得可以硬化合金。为了引起α相沉淀物的出现，需要存在ω相沉淀物。合金的晶粒尺寸可小于1μm。包含尺寸小于1μm的晶粒的合金具有增加的弹性形变极限。合金的晶粒可以优选地是等轴的。有利地，合金的晶粒尺寸小于500nm。合金的晶粒尺寸小于500nm使得可以提高合金的弹性极限。合金可包含：-α相沉淀物的尺寸小于500nm，和-ω相沉淀物的尺寸小于100nm。有利地，α相沉淀物的尺寸小于300nm，优选小于200nm，更优选小于150nm。有利地，ω相沉淀物的尺寸小于50nm，优选小于30nm。β基质中最初存在的ω相使得所述α相沉淀物更好地分布在奥氏体晶粒中。在奥氏体晶粒内更好地分布α相沉淀物使得可以提高合金的机械性能。ω相和/或α相具有不同于奥氏体相的晶体结构。α相使得可以硬化材料从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亚稳β钛合金，其包含24重量％至45重量％的铌，0重量％至20重量％的锆，0重量％至10重量％的钽和/或0重量％至1.5重量％的硅和/或小于2重量％的氧，或由24重量％至45重量％的铌，0重量％至20重量％的锆，0重量％至10重量％的钽和/或0重量％至1.5重量％的硅和/或小于2重量％的氧组成，所述合金具有晶体结构，所述晶体结构包含：/n-奥氏体相和α相的混合物，和/n-体积浓度小于10％的ω相沉淀物，所述合金的特征在于α相的体积浓度为1％至40％，优选2％至35％，优选5％至30％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170324 FR 17525031.一种亚稳β钛合金，其包含24重量％至45重量％的铌，0重量％至20重量％的锆，0重量％至10重量％的钽和/或0重量％至1.5重量％的硅和/或小于2重量％的氧，或由24重量％至45重量％的铌，0重量％至20重量％的锆，0重量％至10重量％的钽和/或0重量％至1.5重量％的硅和/或小于2重量％的氧组成，所述合金具有晶体结构，所述晶体结构包含：
-奥氏体相和α相的混合物，和
-体积浓度小于10％的ω相沉淀物，所述合金的特征在于α相的体积浓度为1％至40％，优选2％至35％，优选5％至30％。


2.根据权利要求1所述的合金，其特征在于α相和ω相以沉淀物的形式存在于由奥氏体晶粒构成的基质中。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的合金，其中晶粒尺寸小于1μm。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的合金，其中：
-α相沉淀物的尺寸小于500nm，和
-ω相沉淀物的尺寸小于100nm。


5.一种由亚稳β钛合金制造的钟表弹簧，所述亚稳β钛合金包含24重量％至45重量％的铌，0重量％至20重量％的锆，0重量％至10重量％的钽和/或0重量％至1.5重量％的硅和/或小于2重量％的氧，所述合金的特征在于其具有晶体结构，所述晶体结构包含：
-奥氏体相和α相的混合物，和
-体积浓度小于10％的ω相沉淀物。


6.根据权利要求5所述的钟表弹簧，其特征在于亚稳β钛合金的α相的体积浓度为1％至40％，优选2％至35％，优选5％至30％。


7.一种由根据权利要求2至4中任一项所述的亚稳β钛合金制造的钟表弹簧。


8.根据权利要求5至7中任一项所述的弹簧，其中所述弹簧是游丝。


9.根据权利要求5至7中任一项所述的弹簧，其中所述弹簧是主发条。


10.一种摆轮和游丝的组合，其包括：
-根据权利要求8所述的游丝，
-由亚稳β钛合金制造的摆轮，所述亚稳β钛合金包含24重量％至45重量％的铌，0重量％至20重量％的锆，0重量％至10重量％的钽和/或0重量％至1.5重量％的硅和/或小于2重量％的氧，所述合金的特征在于其具有晶体结构，所述晶体结构包含：
-奥氏体相和α相的混合物，和
-体积浓度小于10％的ω相沉淀物。


11.根据权利要求10所述的摆轮和游...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡尔·拉厄尔特，皮埃尔·沙博尼耶，洛朗·佩尔蒂埃，
申请(专利权)人：法国洛林大学，
类型：发明
国别省市：法国;FR