Dlaczego wybór materiału ma znaczenie dla trwałości klamry zegarka

Zatrzask ulega awarii z jednej z kilku przyczyn: zaczep przestaje się zamykać, sprężyna traci napięcie, powierzchnia ulega zużyciu lub zawias zaczyna luźno się poruszać. Każda z tych form awarii wynika z określonej właściwości materiału. Twardość decyduje o szybkości powstawania zadrapań na powierzchni. Moduł Younga określa, o ile odkształca się listewka zaczepu pod obciążeniem. Odporność na korozję określa zachowanie części wobec potu przez miesiące.

Wybór materiału nie jest więc decyzją czysto estetyczną. Ustala on czas trwałości zatrzasku jeszcze przed wyprodukowaniem pierwszego egzemplarza. Dwa zatrzaski o identycznej geometrii, ale wykonane z różnych materiałów, będą się starzeć różnie – a różnica będzie odczuwalna w dłoni daleko wcześniej niż pojawi się w arkuszu specyfikacji.

stal nierdzewna 316L jako praktyczny punkt odniesienia

stal nierdzewna 316L jest standardem dla klamerek zegarków z powodów, które pozostają ważne w produkcji. Odporna jest na korozję w stopniu wystarczającym do codziennego kontaktu ze skórą, przyjmuje zarówno wykończenie matowe, jak i połyskujące, a także dobrze nadaje się do frezowania i tłoczenia. Jej twardość mieści się w zakresie, który zapewnia trwałość krawędzi zatrzasku bez nadmiernej kruchości.

Ograniczeniem jest zużycie. Stal 316L nie należy do twardych gatunków stali, a połyskająca powierzchnia klamerki z czasem pokrywa się drobnymi zadrapaniami. W przypadku wykończenia matowego zadrapania te są mało widoczne i dobrze się w nim „topią”. Natomiast na klamerce o lustrzanym polerowaniu to samo zużycie przejawia się jako przyciemnienie powierzchni, przez co element wydaje się starszy, niż w rzeczywistości.

Inny podstawowy problem to uwalnianie niklu. Niektórzy użytkownicy są na nie wrażliwi, a stal 316L może uwalniać niewielkie ilości niklu w kontakcie ze spoconą skórą. Dla większości użytkowników nie stanowi to problemu. Jednak dla marki skupiającej się na noszeniu przez osoby o wrażliwej skórze jest to powód do rozważenia alternatywnych materiałów.

Tytan oraz kompromis związany z modułem

Klamry z tytanu rozwiązują problemy związane z masą i kontaktem z skórą, jakie występują przy użyciu stali. Tytan jest mniej więcej o 40 procent lżejszy od stali przy tej samej objętości i ogólnie dobrze tolerowany przez skórę. Odporny jest również na korozję dzięki warstwie tlenkowej na powierzchni, która ponownie się tworzy po zadrapaniach.

Kompromis dotyczy modułu sprężystości. Moduł sprężystości tytanu wynosi około 110 GPa, podczas gdy dla stali wynosi on około 200 GPa, więc języczek zatrzasku wykonany z tytanu ulega większemu ugięciu pod tym samym obciążeniem. Sprężyna dostosowana do klamry stalowej będzie wydawać się lżejsza w wersji tytanowej, chyba że współczynnik sztywności sprężyny zostanie odpowiednio zmodyfikowany. Jest to zmiana projektowa, a nie jedynie zamiana materiału, i wymaga weryfikacji w całej partii.

Powierzchnia tytanu jest również miększa niż powierzchnia stali hartowanej. Choć lepiej odporno na korozję, łatwiej się na niej pojawiają zadrapania. Klamra tytanowa stykająca się w codziennym użytkowaniu z twardą powierzchnią będzie pokazywać ślady, których klamra stalowa nie wykaże.

Trwałość powłoki i pytanie o podłoże

Powłoki wykonane metodą PVD są często stosowane w celu zwiększenia odporności na zadrapania oraz nadania koloru. Takie powłoki rzeczywiście zwiększają twardość powierzchni, a dobrze naniesiona warstwa lepiej wytrzymuje lekkie ścieranie niż niepokryta stal.

Problem polega na tym, że jakość powłoki zależy od jakości podłoża, na którym została naniesiona. Warstwa PVD naniesiona na powierzchnię z wgnieceniami, śladami narzędzi lub wybrzuszeniami na krawędziach ujawni te wady zamiast je ukryć. Gdy powłoka zużyje się w miejscu intensywnego kontaktu, odsłoni się stal znajdująca się pod nią, co spowoduje zmianę koloru. Taka zmiana jest widoczna i odczytywana jako zużycie, nawet jeśli element pozostaje strukturalnie nienaruszony.

Grubość powłoki ma znaczenie zarówno przy wartościach zbyt małych, jak i zbyt dużych. Zbyt cienka powłoka zużywa się zbyt szybko, natomiast zbyt gruba może zaokrąglić krawędź, która musi pozostać ostra w celu prawidłowego załączenia zatrzasku. Zakres dopuszczalnych grubości jest wąski i musi być sprawdzany bezpośrednio na pokrytym elemencie, a nie zakładać się go wyłącznie na podstawie specyfikacji procesu.

Przypadek, w którym certyfikat materiału nie zgadzał się z elementem

Jeden anonimowy przypadek dotyczył partii zatrzasków, które przeшли kontrolę przy odbiorze, ale w użytkowaniu rzeczywistym zaczęły wcześniej niż przewidywano ujawniać zużycie powierzchniowe. Certyfikat materiałowy zawierał poprawny stopień materiału. Pomiar twardości na surowcu znajdował się w granicach dopuszczalnych.

Problem leżał w obróbce cieplnej części tłoczonych. Jedna partia została poddana obróbce cieplnej w temperaturze, która spowodowała, że powierzchnia była miększa niż przewidziano w specyfikacji; pomiar twardości na surowcu nie wykazał tego faktu, ponieważ surowiec został zbadany przed tłoczeniem i obróbką cieplną. Części miały poprawny stopień materiału, ale niewłaściwy stan.

Rozwiązaniem było wprowadzenie pomiaru twardości na gotowej części tłoczonej zamiast wyłącznie na surowcu przyjmowanym do produkcji oraz powiązanie dokumentacji procesu obróbki cieplnej z konkretną partią. Materiał nie był źródłem problemu. Źródłem był ciąg czynności weryfikacyjnych.

Co dobór materiału nie potrafi naprawić

Wybór materiału nie naprawia projektu, który generuje naprężenia w niewłaściwym miejscu. Krawędź zatrzasku, która jest zbyt cienka, ulegnie awarii niezależnie od zastosowanego materiału. Zbyt płytkie gniazdo sprężyny zapewni miękki odczucie niezależnie od gatunku stali.

Nie zastępuje on również wykończenia powierzchni. Klamerka wykonana z odpowiedniego materiału, ale z niedoskonałym polerowaniem, nadal wydaje się niedokończona w dotyku. Nie rozwiązuje także samodzielnie kwestii kosztów. Tytan i powłoki PVD zwiększają koszty, a te dodatkowe wydatki przynoszą wartość jedynie wtedy, gdy klamerka ma być widocznym i trwałym elementem.

Dla projektów, w których materiał zapięć musi zapewniać równowagę między odpornością na zużycie, bezpieczeństwem kontaktu z skórą oraz kosztem, współpraca z dostawcą, którego kontrola jakości (QC) koncentruje się właśnie na tych czynnikach, pozwala uniknąć nieprzyjemnych niespodzianek na późnym etapie realizacji. Burriva – skrót od Baoruihua (Dongguan) Precision Technology Co., Ltd. – prowadzi zakład specjalizujący się w produkcji komponentów o powierzchni ponad 20 000 m², obejmujący obróbkę wieloosiową, frezowanie CNC, tłoczenie, automatyczne polerowanie oraz kontrolę wymiarową na etapach przyjmowania materiałów, w trakcie produkcji i przed wysyłką. Przepływy pracy są oddzielone według projektu, a dostęp do plików CAD jest ograniczony zgodnie z rolą zawodową użytkownika. Zespoły pracujące nad specyfikacjami materiałów zapięć są zapraszane do omówienia swoich wymagań.