<Desc/Clms Page number 1>
BREVET D'INVENTION
EMI1.1
"Gù:1wD EHSSOET DE lJiOLTHEt1
La présente invention a trait aux ressorts moteurs, dont un exemple typique est le grand ressort des montres, cas particulier qui présente dans la pratique des problèmes particulièrement difficiles à résoudre en ce sens que l'espa- ce restreint et des considérations relatives à la durée de service probable font qu'un tel ressort doit être capable d'emmagasiner une grande quantité d'énergie sous un faible
<Desc/Clms Page number 2>
et de déroulement qui interviennent pendant toute la durée de ser- vice de la montre doivent représenter l'accumulation et la mise en liberté de quantités d'énergie sensiblement identi- -lues.
Une caractéristique des ressorts moteurs ''de ce genre réside dans le fait que, pendant leur utilisation, ils sont soumis à des conditions de charge continues et que, par construction et on vue de 1'économie., la charge à laquelle le ressort est soumis à la fin du remontage est voisine des limites de la résistance mécanique du métal, le facteur de sécurité minimum possible étant admis. antérieurement à l'invention, les grands ressorts ce montres ont généralement été faits en acier à ressort de haute teneur en carbone, car on avait constaté que ce métal seul possédait les combinaisons nécessaires de propriétés de résistance mécanique et de ténacité élevées qui sont né- cessaires pour emmagasiner les quantités requises d'énergie dans le faible espace dont on dispose.
L'acier à ressort cou- ramment utilisé pour les ressorts moteurs de montres possède une limite d'élasticité ou d'allongement de l'ordre de 163 kg/mm2 et un module d'élasticité de 10,6 x 10 il dynes par cen- timètre carré.
Deux défauts des ressorts moteurs en acier pour montres sont depuis longtemps connus. L'un d'eux est sa ten- dance à la corre sion en présence d'humidité. Comme les res- sorts de montres sont soumis eu service à des efforts voisins de-, lans change de rupture, la plus légère corrosion est su- jette à prevoquer leur rupture.
Un second défaut est la tendance de ces ressorts
<Desc/Clms Page number 3>
à se déformer d'une manière permanente, ce qui diminue leur longueur effective et la quantité d'énergie qu'ils sont capables d'emmagasiner. Ce défaut de l'acier à ressort est dû au fait que sa limite d'allongement proportionnel, appelée ci-après "limite proportionnelle" dans un but de concision, est de beaucoup inférieure à sa limite d'élasticité. La limite proportionnelle de l'acier à ressort de montre or- dinaire n'est que de 124 kg/mm2 environ, de sorte que toute fatigue excédant cette valeur occasionne une déformation permanente et, comme moindre inconvénient, diminue le temps pendant lequel la montre fonctionne à chaque remontage complet et modifie l'exactitude en raison de la diminution du couple moyen transmis au rouage pendant le déroulement et l'entraînement.
La Demanderesse a réussi à surmonter l'un et l'autre.de ces défauts en offrant un ressort moteur de montre fait d'une matière non corrosive dont la limite d'élasticité et le module d'élasticité sont aussi élevés que ceux de l'acier à ressort et dont la limite proportionnelle est bien supérieure à celle de l'acier à ressort. Le présent ressort moteur de montre est fait d'un alliage non corrosif qui est recuit en solution de manière à acquérir la douceur relative et d'autres propriétés nécessaires pour le travail à froid. Une limite d'élasticité et une élasticité égales à celles de l'acier à ressort et une limite proportionnelle remarquablement plus élevée que celle de l'acier à ressort sont développées dans cette matière par un tel mode d'al- longement résultant d' un travail à froid suivi d'un vieillisse- ment thermique .
La combinaison de cesdeux traitements a pour efïet d'augmenter la dureté et la résistance mécanique de la matière et, en même temps, d'accroitre dans une mesure
<Desc/Clms Page number 4>
aussi élevée que 75% sa limite proportionnelle.
L'alliage qu'on soumet à ce traitement pour ob- tenir un nouveau ressort est principalement fait de cobalt, qui dones de la résistance mécanique, de chrome, qui donne, enplus (le résistance mécanique, de la résistance à la corro- sion, et ci'un plastifiant, composé au moins de nickel, qui rend l'alliage, à l'état recuit en solution, suffisamment plastique qu'on puisse lui donner un pourcentage d'allonge- ment élevé en le travaillant à froid. L'alliage recuit en solution contient des constituants précipitables qui, pen- dant le vieillissement, développent de la dureté et de la résistance mécanique dans l'article.
Les traitements de l'al- longement à froid et du vieillissement à la température de précipitation qui lui fait suite non seulement durcissent l'alliage, mais augmentent aussi grandement la charge de rupture et la limite proportionnelle. La résistance mécanique inhérente à la matrice ou alliage de base composé de cobalt et de chrome, combinée à l'accroissement de résistance qui résulte de l'allongement à froid suivi du vieillissement, aboutit au développement d'une résistance à la traction au moins égale à celle d'un acier à ressort moteur de montre et d'une limite proportionnelle notablement supérieure à colle de cet acier.
Il en résulte que le nouveau ressort moteur de montre peut recevoir la même section transversale, la même longueur et la même courbure spirale initiale qu'un ressort moteur de montre en acier., de sorte qu'il le remplace exacte- ment, qu'il se loge dans le même espace, et qu'il fonctionne initialement au moins aussi bien que le ressort d'acier à tous les points de vue essentiels, tout en présentant le
<Desc/Clms Page number 5>
grand avantage de ne pas être sujet à se détériorer par corro- sion ou déformation permanente, ni être sensible aux champs magnétiques.
Ci-dessous est donnée à titre d'exemple une liste d'alliages utiles conformes à l'invention
Tableau I
EMI5.1
<tb> e! <SEP> ! <SEP> ! <SEP> ! <SEP> !
<tb>
EMI5.2
lAw1i-1 Co ! Or+! Or ! Mo !Ni+Fe! Ni Fe ! 1 lvln C ! Be ! age ! ! o ! ! +Nïn N 1 Iii 1 II! Il ! ! 45 29.5! 22-.5 7 i25.5 l !15- ! 8.5 !2 !0.09 ! !2 ! 40 ! 32 ! 25 ! 7 !28 115 110 12 :0.16 ! 1 0.04 !3 ! 40 ! 27 ! 20 ! 7 !33 !15.5 !15 12 !0.11 ! ¯ ! 3.à ! 40 ! 27 ! 20 ! 7 !33 !15.5 !15 12 ! 0.02 ! !4 ! 35 ! 32 ! 25 ! 7 !33 120 !11.5 !1.5 10.10 0.03 ! l4A ! 35 ! 32 ! 25 ! 7 !33 !30 ! 1.5 1-5 ! 11.13 o.Ô3 !5 ! 34 ! 31 ! 25 ! 6 !35 !32 ! 2 !0.14 l0:08 ! - ! !6 ! 30 ! 32 ! 26 ! 6 !38 !31 ! 6 il !0.23 ! 0.02 ! !7 ! 31 ! 29 ! 23 ! 6 140 135 ! 4.5 !0.8 !0.09 :
- ! 8 ! 40 ! 37 30 ! 7 !23 !16 1 5 !2 10.13 1 - !9 ! 20 ! 32 ! 25 ! 7 148 !35 !10 !2 10.06 0.03 .! !l0 1 40 ! 25 ! 25 135 132 !10 !2 !0.04 ! 0.03 !
Les chiffres donnés pour Ni+Fe+Mn sont indiqués pour l'emploi du diagramme ternaire.
Parmi ces alliages, les Nosil à 7 inclus ont donné des articles finals extrêmement satisfaisants pour la fabrication des ressorts moteurs pour montres; et les Nos 8 à 10 inclus sont susceptibles de recevoir la même application.
A titre comparatif, on indiquera le comportement d'une autre série d'alliages, ne convenant pas pour le but visé.
Tableau I-A
EMI5.3
,!Alli-1 Co ! Or+ ! Or ! Mo ! Ni+Fe! Ni ! Fa ! Mn ! C ! Be!
EMI5.4
<tb> !age <SEP> ! <SEP> Mo <SEP> ! <SEP> ! <SEP> +Mn <SEP> ! <SEP> ! <SEP> ! <SEP> !
<tb>
EMI5.5
! N ! ! ! ! 1 ! ! 5 :32!25. 7. ! 18 ! 16. 1 - 1 2 0,09! ¯ ! 12 1 aO !46 . ! 40 ! 6 ! 34 !20 ! 1 12 2 ! - ! 0,05! ! 13 ! 20 !26,3 : 22,6! J,?1 52. !26,3! 25 0,72! 0,06! -,! ! 14 ! 40 !16. 10 ! 6 ! 44 '30 ! 12 ! 2 ! - ! 0,04! 1 15 i 56 !22 ! 15 ! '7 21,5 ! 4,5! 15 ! 2 ! - ! 0,01! 1 16 ! 55 !34,5 ! 27e5! ? ! 10,5 ! 8,5! - ! 2 ! ¯ ! - !
Dans les tableaux ci-dessus et d'autres, le cobalt, le chrome, le nickel, le molybdène, le fer et le manganèse
<Desc/Clms Page number 6>
sont les quantités calculées en poids (vérifiées précises par l'analyse), alors que le carbone est la valeur analytique.
Les alliages Nos 4 et 4A ont la même composition ternaire; dans le N 4, il y a 20% de Ni avec 11,5% de Fe; dans le N 4A, il y a 30% de Ni avec 1,5% de Fe. L'alliage N 8 est applicable, mais inférieur aux alliages Nos1 à 7, en raison deaa teneur élevée en Cr + Mo et de sa faible teneur en plastifiant Ni+Fe+Mn L'alliage ? 9 possède le minimum de Co et ne contient que 0,08% de C. Il est en principe appli- cable, mais une modification consistant à élever sa teneur en carbone à 0,2% est désirable. L'alliage M 10 ne contient pas de Mo et sa charge de rupture est faible.
On connaît oes alliages à base de cobalt et de chrome qu'on utilise comme pièces fondues pour la prothèse dentaire, les outils de coupe inoxydables, les pièces devant conserver leur l'orme et leur résistance mécanique aux tempé- ratures élevées, comme les soupapes des moteurs à combustion interne, etc; les opérations de façonnage finales consistant en un forgeage à chaud ou en une rectification à la meule.
Il est en outre connu d'introduire d'autres éléments. à titre de constituants de ces alliages fondamentaux ; par exemple, on a introduit du molybdène dans ceux de ces allia- ges qui ont été utilisés pour ces pièces de prothèse dentaire, et le tungstène a été incorporé à ceux de ces alliages qui sont destinés à des outils de coupe, à des revêtements de sou- papes ou de tiroirs, etc.. en vue d'améliorer la dureté et la résistance à l'abrasion.
Il est notoire que les alliages fondamentaux modifiés de ce genre peuvent atteindre des ré- sistances mécaniques et duretés presque aussi élevées que celles des aciers à hautes teneur en carbone traités ther-
<Desc/Clms Page number 7>
miquement, mais, à la connaissance de la-Demanderesse, aucun d'eux n'avait été utilisé avec succès pour remplacer les res- sorts en acier au carbone.
La Demanderesse a découvert que, par des sélections corrélatives convenables des conditions afférentes à la com- position, au travail mécanique et aux traitements thermiques, des alliages qui contiennent le cobalt et le chrome dans des proportions propres à assurer une bonne résistance mécanique desdits alliages à l'origine peuvent être travaillés et traités de telle sorte que leurs propriétés de résistance mé- canique augmentent et deviennent égales, sinon supérieures, à celles qui peuvent être développées avec d'excellents aciers pour ressorts de montres ;
et qu'on peut, par ce moyen, fa- briquer des ressorts moteurs horologiques qui possèdentdes propriétés initiales au moins égales à celles d'un ressort d'acier de mêmes dimensions et qui sont capables d'éviter la corrosion et la déformation permanente, de sorte que leur durée probable est de beaucoup supérieure à celle du ressort d'acier auquel ils sont substitués.
Il est préférable de fondre le cobalt, le nickel et le fer dans un four à induction à haute fréquence et d'ajou- ter alors le chrome sous forme de ferrochrome et le molybdène sous forme de ferromolybdène. Le manganèse est de préférence ajoutésous forme d'un ferro-alliage contenant environ 80% environ de manganèse. Après que l'alliage a été fondu et amené à la température convenable, on ajoute un peu d'alu- minium et un peu d'alliage de calcium-silicium en vue de la désoxydation. On écume le laitier et fond le lingot ; des lingots de 2,5 à 45 kilogrammes ont été fabriqués dans la pratique.
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
Le lingot .l; :: ;; alors i: :." r: r j .; é ii : 1.i .... i: et <; ;:n Ti ;1 T. u :..:#; #,r iaR!ii;-':o 1..'!";..J.uci ")l..',ii .z .. i,; " ; .ii:i ...:. o < 1 ' <] j: ;; j¯ .; s ; ; i i,i telle; .:ne c 1 :1 t i¯. ,,,x> :: . EL 1. ii ; : ? ;, -. i, cesse <i i : ' à .t i <1 ;J i : c: <: <> m 1 :, ; uz > ]1 ..: n ; ?La :'.'ra- .i=> 5< : ¯ ;,,,; , :.: ;:. !. a < j a ut .± .l : i: e .; ..i. , i : ; 1. z,< ." I l ;,; 5- .1; à un3 pisineura ', , là"/ 2 ;m , .L...is Luc -.in,ur {1G ,¯) 5,08mc.':.: ¯::1: ;" :fl :/: i'i:, " > 1, à 1 : 1< sE ]¯ =¯; ¯, j . ,>. 'G 1 : 1 ik #d Lu ;y '15 ±'11,V .=; ௠]¯ $1 S 1 ,..: Il.Il est offectu ' à <1 e 5 '1> <2 1#1 - il o ;: ; j ; . : :L. :, : .lJ ;.; n #1 voisines z " <c 1 é v L. C Ce >i "# #:' : . :i. v :i : n c < i .l; ,,: ;; .t saivi :l'un =r :1 a :.; ± .t eu c.l'-''''.n à 1150 -1200 0.
On indiquera ci-après la d m'été acquise par quelques-uns des alliages précécianiment énumérés à la suite du eri fi s j, 1 * .t5, o (à partir (Je Il'50 C;) ayant fait suite au brav-til à chauci : T a 1 Li Il
EMI8.2
<tb> Dureté <SEP> Vickcrs
<tb>
EMI8.3
11-1-c;-"3 e 1 . ô µ l li l> 5 ll Ïl ? 7 ' ) 1 0 11 :L''7 16 28J
EMI8.4
1:= bande eut :: À 1;, 1;; l.-min lu a ''?.'C1C Gi 1; 1- , ü?LC'¯2'-.:;-vLlï - ;;. , 1" 5 .. i :"i ;j:'¯: Lf;'i LIne; (,.:¯;¯:...:,j:'uLl.L .:.(3 ..',j4 l';rn, é #1 iJ lâ réduction ;J 15 .:. i; .t j !.¯V '¯0 f;'ut) nouveau recuit <: ; : ;:. ;¯ 1, ;:.<,; 5- <. i i , ¯!¯L¯ -t:lc;'10 .',!.-;-,! <.1 ' 1>, . : ; 1 \J..Lll: I<:!1.1C-.l.C.II ;.,1' ¯:;'7111..f' ;> ?,, , 'Y'(o¯.2 ii. l , 1<à 1ni1i .
Un : ..1 -. [¯D cclltl;icn ''--::-J. , I::f GC \-;\j i>, j: ,ir, .l= 1 e 1, ?. J i 1 '# 1- . , L.....:it.:...:i frilu a 'i. , ¯. 4 .... ' ' A .1 O:C'i= rôdjit la banda c'd l'1.1):..Jt) à Ulla <:i.LJi,j111l' d e é , À ï 1 B ; : ;lO L)' ce :31juCe, l's pro- j i. ,-¯,-'-3', J ''3 -''">8.:3:1..8-0 wLlC à. # a <], e : 1 .; 5, . : : i ,'; .: "' L 11 t CG 1J.r3 ri .tJ': iCi Llé 6 s à à ;1 1. :.1 '" J .. '. I.) Î.. : . -: 1.11 C?¯-f7c,C-1FOL1S.
'râbles a III L - i i ce i "v i:>, '.i 1 : ,: :.. u et 1",,- l ,,1 1,¯, :.U} et 1¯i d c :J c r 1 j ., .t i o ., ; L; 1 ;:1 a i v># n t , 7 'r;.) représente lu charge de rupture pu, la
<Desc/Clms Page number 9>
Le lingot est alors forgé à chud et converti par laminage à chaud en plaque ou barre d'épaisseur telle que le travail à chaud cesse d'être économique. Dans la pra- tique, la plaque peut être ainsi réduite à une épaisseur de 1,27 mm, mais une épaisseur de 6,25 à 5,08 mm est préférable dans la pratique. Le travail à chaud esteffectué à des tem- pétatures supérieures au rouge, avec une référence pour les températures voisines de 1090 C Ce traitement est suivi d'un
EMI9.1
recuit en sulutinn à 1150--1200'C.
On indiquera ci-après la dureté acquise par quel- ques-uns des alliages précédemment énumérés à la suite du recuit en solution (à partir de 1150 C) ayant fait suite au travail à chaud :
Tableau II
EMI9.2
<tb> Dureté <SEP> Vickers
<tb>
<tb> alliage <SEP> No <SEP> 3 <SEP> 225
<tb> 5 <SEP> 227
<tb> 7 <SEP> 217
<tb> 8 <SEP> 274
<tb> 11 <SEP> 247
<tb> 16 <SEP> 285
<tb>
La bande est alors laminée à froid à la température ambiante jusqu'à une épaisseur de 2,54 mm, cette réduction étant suivie d'un nouveau reçuit en solution, lui-même suivi d'une nouvelle réduction, par laminage à froid, à 1,02mm..:
Un )recuit en solution final a .té effectué à partir de 1150 c et le laminage à froid final a alors réduit la bande ou ruban à une épaisseur de 0,1118 mm. A ce stade, les pro- priétés de résistance mécanique étaient celles indiquées dans le tableau III ci-dessous.
Tableau III
Dans ce tableau et les tableaux et la description ,lui suivent, TS représente la charge de rupture, PL, la
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
li:.ii"ie )rDc)o::...'tioIJtlel1e, Yi::1, la limite d'jlasticité. Ltod. le [,l[)cul,; .11é:L\sticit6 ::1= Vi-ii.-i l'indice de dureté Vickers. Ti3, :2L 2 t Y;J GOtrb '3Xpnni6s s c 'c4/rrra2 et 1.:0(1 en dynes/ctn2 x 1C jS ubc indiqm'- avec un décalage de C.Ù2%1. Les épreuves de flexion, qui donnent une indication de la ténacité, ont consisté en une flexion de 180 autour d'arbres du diamètre spécifié.
Alliage Réduction
EMI10.2
<tb> N <SEP> % <SEP> TS <SEP> PL <SEP> YS <SEP> Mod. <SEP> VHN
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 89,2 <SEP> 206 <SEP> 86 <SEP> 117 <SEP> 17,8 <SEP> 530
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 92 <SEP> 207 <SEP> 100 <SEP> 122 <SEP> 16,3 <SEP> 497
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 92,7 <SEP> 202 <SEP> 91 <SEP> 110 <SEP> 17,1 <SEP> 551
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3A <SEP> 90 <SEP> 207 <SEP> 82 <SEP> 100 <SEP> 19 <SEP> 535
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 92,7 <SEP> 191 <SEP> 109 <SEP> 125 <SEP> 15,6 <SEP> 516
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4A <SEP> 92,7 <SEP> 200 <SEP> 95 <SEP> 115 <SEP> 18 <SEP> 481
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 89 <SEP> non <SEP> déterminés
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 89 <SEP> 182 <SEP> 105 <SEP> 129 <SEP> 15,
1 <SEP> 485
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> 89 <SEP> non <SEP> déterminés
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 78,5 <SEP> 212 <SEP> 93 <SEP> 122 <SEP> 17,6 <SEP> 536
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> 92,7 <SEP> 176 <SEP> 99 <SEP> 124 <SEP> 16,2 <SEP> 475
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 92,7 <SEP> 185 <SEP> 100 <SEP> 123 <SEP> 16,6 <SEP> 466
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> il <SEP> 57 <SEP> 197 <SEP> 79 <SEP> 107 <SEP> 19,4 <SEP> 542
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> n'ont <SEP> pas <SEP> pu <SEP> être <SEP> laminés <SEP> à <SEP> chaud
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13 <SEP> 89 <SEP> non <SEP> déterminés
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 14 <SEP> n <SEP> ont <SEP> pas <SEP> pu <SEP> être <SEP> laminés <SEP> à <SEP> chaud
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 15 <SEP> 66,6 <SEP> 186 <SEP> 118 <SEP> 148 <SEP> 16,
9 <SEP> 515
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 16 <SEP> 57 <SEP> 187 <SEP> 83 <SEP> 108 <SEP> 19,6 <SEP> 576
<tb>
EMI10.3
(Nota: Les allia;',es Caos 11, 15 e 1G ont (-''té difficiles à laminer à froid en raison de la faible quantité de plastifiant, et les réductions spécifiées sont des limites pratiquement
EMI10.4
uc]mi :3Si'.ÜQS).
Les rubans ont alors 6té ooLunis à un vieillissement à 'i-&'., [J<...lJCLnt 5 heures .:t; 1-.8 s , s ;g :> 1, Lut dC;rJIH;, les résultats 01i.iv -""lit s :
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
<tb> Propriétés <SEP> de <SEP> résis- <SEP> 1 <SEP> Diamètre <SEP> des <SEP> éprouvettes <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> tance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> flexion
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> . <SEP> Flexion <SEP> Rupture <SEP> Rupture
<tb>
<tb>
<tb> Ts <SEP> PL <SEP> YS <SEP> Mod <SEP> VHN <SEP> totale <SEP> partielle <SEP> totale
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 262 <SEP> 171 <SEP> 198 <SEP> 21 <SEP> 677 <SEP> 3;
175 <SEP> 2,413 <SEP> 1,905
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 274 <SEP> 162 <SEP> 192 <SEP> 20,4 <SEP> 790 <SEP> 3,175 <SEP> - <SEP> 2,415
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 255 <SEP> 175 <SEP> 194 <SEP> 20,1 <SEP> 695 <SEP> 5,175 <SEP> 2,415 <SEP> 1,905
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3A <SEP> 262 <SEP> 187 <SEP> 204 <SEP> 19,8 <SEP> 690 <SEP> 3,175 <SEP> 2,413 <SEP> 1,905
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 244 <SEP> 142 <SEP> 188 <SEP> 20,7 <SEP> 623 <SEP> 3,175 <SEP> 2,413 <SEP> 1,905
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4A <SEP> 252 <SEP> 145 <SEP> 189 <SEP> 21,3 <SEP> 579 <SEP> 3,175 <SEP> 2,413 <SEP> 1,905'
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 255. <SEP> 162 <SEP> 193 <SEP> 21,5 <SEP> 673 <SEP> 2,413 <SEP> 1,905 <SEP> 1,524
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 236 <SEP> 157 <SEP> 184 <SEP> 20,8 <SEP> 664 <SEP> 3175 <SEP> - <SEP> 2;
413
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> 222 <SEP> 159. <SEP> 183 <SEP> 21,1 <SEP> 660 <SEP> 1,016 <SEP> 0,813
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 268 <SEP> 175. <SEP> 205 <SEP> 20.8 <SEP> 700 <SEP> 2,413 <SEP> 1.905 <SEP> 1;524
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> 254 <SEP> 141. <SEP> 179 <SEP> 20,3 <SEP> 602 <SEP> 2.,413 <SEP> 1,905 <SEP> 1,524
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 226 <SEP> 134 <SEP> 160 <SEP> 20,4 <SEP> 486 <SEP> 2,413 <SEP> - <SEP> 1;905
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> 234 <SEP> 160 <SEP> 189 <SEP> 22,3 <SEP> 713 <SEP> . <SEP> 3;175 <SEP> 2,413 <SEP> 1,905
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13- <SEP> 201 <SEP> 137 <SEP> 162 <SEP> 19,8 <SEP> 570 <SEP> 0.813 <SEP> @
<tb>
(Nota : L'alliage ? 13 ne possède qu'une faible résistance et une faible dureté.
Les alliages Nos 15 et 16 étaient trop fragiles pour les essais).
L'alliage fondamental contient environ 20 à 50% de cobalt et environ 15 à 30% de chrome,.avec 20 à 50% de cons- tituants ramollissants cu plastifiants; comprenant (au moins du nickel). En général, ces constituants sont présents sous l'arme de20 A 60% decobalt, de20 à 37% dechrome et de molybdène combinés (le molybdène constituant 1 à 10% de l'alliage) et 20 à 50% de nickel, de fer et de manganèse combinés (le pourcentage de nickel étant supérieur à celui du fer, dont la proportion peut varier de traces négligea- bles à un maximum de 15%, et le pourcentage de manganèse étant compris entre une fraction résiduelle et 5%) et une teneur en carbone d'environ 0,05 à 0,3%.
Le béryllium peut être présent en faibles quantités, des teneurs particulières de 0,01 à 0,09 % s'étant avérées comme avantageuses pour les TABLEAU IV
<Desc/Clms Page number 12>
EMI12.1
"r¯. 1]. t. -1¯' -' '. 'l' , ..,' j [:¯. j¯)f ;, t -'; .¯:.:" '- ..; ::-.....'!¯w ''...).'::(;-' qui accompagnent les métaux introduits ou qui résultent des opérations de fusion. Elles ne doivent pas comprendre plus de 0,05% d'azote (celui-ci étant efficace à titre de substitu- ant partiel pour le carbone). Le silicium résiduel de la déso- xydation qui intervient pendant la fusion peut être toléré
EMI12.2
jusqu'à 0,5% et, dans le cas ce quelques alliages, jusqu'௠1 /1 lorsque la teneur en fer est élevés.
Le total de ces éléments concurrents et résiduels est ainsi inférieur à environ 1,2%
EMI12.3
L'échelle actuellomentfpréférée pour les composi- tions, dans laquelle les rapports ont été choisis de manière à assurer les conditions de douceur les plus favorables à l'état recuit en solution, le développement de la résistance mécanique pendant le travail à froid et le vieillissement sub- séquent et des propriétés supérieures à l'acier à ressort moteur de montre pour l'article final, comprend 28 à 45% de cobalt, 24 à 35;
0 de chrome et de molybdène combinés (dont 5 à 75 de molybdène) et 15 à 32% de nickel, fer et manganèse combinés (le nickel prédominant sur le fer et le manganèse étant présent à raison de 0,5 à 2%) En ce qui concerne les autres constituants, l'alliage possède environ 0,08 à 0,22% de carbone ; 0 à 0,09 % de béryllium; de préférence moins d'environ 0,015 à 0,25% de silicium ; moins de 0,05% de chacun des éléments phosphore et soufre ;3 avec des traces insignifiantes d'autres éléments. Le total de ces éléments concurrents et résiduels est inférieur à 0,5%
Le cobalt est un des constituants de base destinés à conférer de la résistance mécanique.
En général, la résis- tance mécanique s'accroît avec la teneur en cobalt, mais des proportions excessives de cet élément élèvent la dureté au point que les caractéristiques de travail à froid cessent
<Desc/Clms Page number 13>
d'être satisfaisantes, étant donné que les propriétés de résistance finales ne peuvent plus être développées. De plus, il est généralement admis que le cobalt constitue avec le chrome un composé intermétallique qui fournit un constituant de durcissement et de renforcement pendant le vieillissement.
Le chrome contribue à un degré très important à la résistance à la corrosion, et coopère avec le molybdène en ce sens que l'accroissement de l'un quelconque ou de chacun de ces éléments, au-dessus des valeurs minima spécifiées, donne lieu à un accroissement de la résistance mécanique et de la dureté, de sorte que la somme des teneurs en chrome et en molybdène est déterminante lorsque ces éléments sont tous deux présents.
Le molybdène est un élément de renforcement très efficace tant pour son effet sur l'alliage de base que pour son effet sur le vieillissement.
Les plastifiants du groupe composé du nickel, du fer et du manganèse sont considérés comme des adoucissants de la composition à l'état recuit en solution. En d'autres termes, un alliage binaire qui serait composé seulement de cobalt et de chrome, même si les rapports entre ces deux élé- ments sont ceux qui conviennent pour le developpement de la résistance mécanique par travail à froid et vieillissement, conformément aux études de la Demanderesse, ne se laisse .pas suffisamment bien travailler à froid pour acquérir les propriétés supérieures de résistance mécanique qui peuvent ê- tre obtenues avec le présent alliage ;
mais l'addition de tels plastifiants a pour effet de diminuer la dureté de l'alliage recuit en solution, et. il devient ainsi possible de développer les résistances d'écrouissage avant que la dureté qui résulte
<Desc/Clms Page number 14>
du laminage à froid ait atteint des valeurs qui rendent tout travail à froid supplémentaire pratiquement impossible. En général, le nickel est par lui-même efficace et on peut l'utiliser sans l'adjonction de quantités appréciables de fer ou de manganèse.
Dans la pratique, le fer peut être appliqué à titre de remplaçant mineur du nickel et avec le grand avan- tage économique que le chrome, le molybdène et le manganèse peuvent être introduits sous forme des ferro-alliages connes- pondants, dont le prix, rapporté au poids du chrome et du molybdène, est moindre, outre qu'ils possèdent des points de fusion plus faibles et facilitent ainsi la fusion. Le fer n'est toutefois pas admissible en tant que substituant total du nickel à cause de la formation d'écailles ou pailles de fer aux hautes températures, et il convient que sa teneur soit tenue au-dessous de celle du nickel.
Le manganèse.est un bon désoxydant pendant le malaxage et se comporte aussi comme un agent propre à surmonter tout effet nuisible du soufre ; dans l'alliage final, le manganèse résiduel coopère avec le nickel pour conférer la douceur ou le caractère ouvrable dé- sirés; il peut y en avoir jusqu'à 5% sans effet nuisible, mais il ne semble pas qu'on ait aucun avantage particulier à ce que la teneur de l'alliage en cet élément dépassa 2% euviron,
La préférence pour les teneurs en carbone de 0,08 à 0,22 a été indiquée par les compositions optima ci-dessus.
L'effet du carbone est mis en évidence par des alliages autre- ment entique provenant de deux masses fondues de l'alliage N 3 parmi lesquelles l'alliage 3/A avait une teneur en carbone de 0,05% et l'alliage 3/B une teneur encarbone de 0,09% L'état "laminé à froid" est celui donné par le recuit
<Desc/Clms Page number 15>
en sblution et le laminage à froid, et l'état "vieilli" est le même, mais après 5 heures de vieillissement à 480 C.
Tableau V
EMI15.1
<tb> Alliage <SEP> Condition <SEP> TS <SEP> PL <SEP> YS <SEP> Mod <SEP> VHN
<tb> N
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A <SEP> laminé <SEP> à <SEP> froid <SEP> 182 <SEP> 94 <SEP> 119 <SEP> 15,4 <SEP> 519
<tb>
<tb> B <SEP> " <SEP> 184 <SEP> 95 <SEP> 116 <SEP> 16,1 <SEP> 531
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A <SEP> vieilli <SEP> 229 <SEP> 136 <SEP> 171 <SEP> 20,3 <SEP> . <SEP> 635 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> B <SEP> " <SEP> 240 <SEP> 154 <SEP> 181 <SEP> 20',2 <SEP> 681
<tb>
<tb>
<tb> Effet <SEP> de <SEP> 0,04% <SEP> c <SEP> 11 <SEP> 18 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 46
<tb>
On voit qu'une amélioration très nette est apportée à la limite proportionnelle, dont dépendent le point de savoir si le ressort sera ou non sujet à des déformations permanentes en service et l'amplitude de ces déformations.
Le terme "recuit en solution", tel qu'il est utilisé ici, définit l'opération consistant à chauffer la masse à une température à laquelle une homogénéisation apparente se produit, c'est-à-dire à laquelle les constituants de préci- pitation sont mis en solution ; que le refroidissement auquel la masse homogénéisée est soumise en vue de fixer cet état. Le refroidissement doit être assez/rapide pour empê- cher la précipitation desdits constituants, ou le vieillisse- ment prématuré, pouvant donner lieu à une dureté et à une résistance au travail à froid indésirables.
Dans la pratique, l'alliage devra être soumis à un traitement initial de recuit en solution à et à partir d'une température de 1090 C - 1250 c et de préférence de 1149 -1177 c et les autres recuits en solution(intermédiaires et finale) peuvent ensuite être effectués à et à partir de températures aussi basses que 980 c quoique de préférence comprises entre 1090
<Desc/Clms Page number 16>
et 1150 c Le refroidissement rapide de sections plus épais- ses que 5 mm exige la trempe à l'eau, alors que des sections plus minces peuvent efficacement et plus commodément être refroidies dans l'air.
L'effet du chauffage est d'adoucir l'alliage et de l'amener à l'état voulu pour le travail à froid, de provoquer la mise en solution de certains constituants secondaires et de favoriser la production d'une structure homogène ayant une disposition cubique à faces centrées, ainsi que d'amener l'alliage à l'état où il se prête le mieux au durcissement par vieillissement.
L'effet de la température au cours du recuit en solution est mis en évidence par l'allige No3 qui possédait une dureté Vickers de 240 avant le laminage à froid et a alors été réduit de 50% par laminage à froid, puis soumis au recuit-trempe.
Tableau VI
EMI16.1
<tb> Temp <SEP> c <SEP> Temps <SEP> VHN <SEP> a
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Témoin <SEP> tel <SEP> que <SEP> laminé <SEP> à <SEP> froid <SEP> jusqu'à <SEP> 50% <SEP> do <SEP> réduction <SEP> 468
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 650 <SEP> 30 <SEP> minutes <SEP> 550
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 705 <SEP> " <SEP> " <SEP> 485
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 760 <SEP> " <SEP> " <SEP> 455
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 815 <SEP> " <SEP> " <SEP> 412
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 870 <SEP> " <SEP> " <SEP> 343
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 980 <SEP> " <SEP> " <SEP> 302
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1150 <SEP> " <SEP> " <SEP> 240
<tb>
Il ressort de ce tableau,
que le laminage à froid a élevé la dureté de 240 à 468 et que la dureté a subi un nouvel accroissement par le traitement à 650 et 705 c alors que le chauffage à 760 c ne l'adoucissait que très peu. Aux températures successivement croissantes, l'adoucissement in-
<Desc/Clms Page number 17>
tervient, un degré d'adoucissement satisfaisant étant obtenu à 1150 c et un adoucissement utilement applicable à 980 C.
Dans le cas d'alliages plus durs que l'alliage No3, il est recommandable d'appliquer une température supérieure à 1150 0. mais il est bon d'éviter des températures excessives afin de réduire au minimum la formation de pailles et des rugosités à la surface de la barre ou plaque.
La dureté Vickers au début du laminage à froid final devra être inférieure à 300 (voir tableau II), des alliages d'une dureté aussi basse que 200 ayant permis d'ob- tenir des valeurs de résistances finales satisfaisantes.
L'accroissement de la dureté et de la résistance est très rapide au début du laminage à froid et est ensuite plus lent.
Par exemple, l'alliage N 3 a accusé sous desréductions de 75, 80, 85 et 90 % des duretés respectives de 510, 570, 580 et 590. Pour les grands ressorts de montres il est préfé- rable que la réduction à froid soit poussée aussi loin que possible et que la dureté Vickers soit au moins 450 (voir tableau III). La réduction d'épaisseur du ruban destiné à ces ressorts doit être d'au moins 70 % et atteindra de préférence 80%, de bons résultats ayant été obtenus au-dessus de 90%
Le but principal du vieillissement est d'accroître la limite proportionnelle, la limite d'élasticité, la charge de rupture et le module d'élasticité.
L'effet obtenu dépend jusqu'à un certain point de la composition de l'alliage et est aussi fonction du degré de réduction à froid, de l'é- paisseur finale de l'article et de la durée et de la tempé- rature du vieillissement.
La température appliquée pour le présent vieillisse- ment varie de 260 à 650 0. La pratique actuelle est de chauf- fer de 3700 à 620 C pendant'des temps qui dépendent de la
<Desc/Clms Page number 18>
température. Un chauffage de 5 heures à 480 C a donné une combinaison désirable de propriétés de résistance mécanique et de ténacité. En général, la limite proportionnelle, la limite d'élasticité et la charge de rupture augmentent avec la température de vieillissement jusqu'à des températures de l'ordre de 480-540 c mais l'accroissement de ces propriétés s'accompagne jusqu'à un certain point d'une diminution de ténacité.
Il faut enparticulier éviter un vieillissement trop poussé car un chauffage de 5 heures au-dessus de 650 c par exemple, effectue une diminution marquée des propriétés de résistance sans que ceci soit compensé à un degré appréciable par une meilleure ductilité. Théoriquement, il semblerait qu'un état - produit par le recuit en solution - de solution solide sursaturée on constituants précipitables est modifié par le vieillissement en ce sens que les particules de pré- cipitation se présentent avec des dimensions inframicrosco-
EMI18.1
piques .;wb en iuututiû totale corrcspond'int à Id différence des solubilités aux températures ce solution et de vieillis- sement et tce, lorsque la sursatura bien art C,Jsenl:;iellenent cS:3sé par formation de ces particules ténues, 1;:s propriétés ci,.;
2','..';;,."4.=a7C;e '.lc.c'.,niç:u6 ont atteint leurs .,::lmd des tempé- r fur " ¯1"1± l .ô lr/1 [?i r'Tr,çV:1:lllj un''; . ¯¯,:11¯¯Î; i; f:7 )ll¯lt3 l':'i !^ ¯ :i une l0:lD:/:::\.,tion plus rapide. &5È 1 serrole rcpré- , :¯ . ':t-'#i'j'L''i 1 '1: '0 ,!,<,. ,-, 11:") ;;: 'w ; .-',¯., :;a, :.3.dmi'sïble ' et des tt3iD161J.!11".1'¯ 1\î:J "';:,r:: ;;:1'i'L .¯!\/\f1';'1-.1(:;: L, 't? r cttr! r-i'f'"' n 'L,",0, c7:,n ¯ . -...; 1 : - --. ,C:-!.-7-;Lir 3.in ' ' . : . critiqua.
1 Ü.,t7,ïm.Ly on u:CV7¯'m l:W ¯i1 une :ty0:1-i ¯Ci1 Ce 1;),1 .JL. --< F .# 1:,:.ï:lft.1..\..J-t;J.'(..: ('"-J ...)jl.¯\.:---..t. 1. ' 1 II!,; \.¯C l'-' tiCil :='::'IJdl" :J::' fil ' .;,;\."r"'::1¯1-.; ,t 1-, 1" 1,.,flµ"' -+I-, JJ"-; ,-,."TL-i.::: r;r; (''-1J(.'..!-'Í-3 ,." -""r-.Il". ,l l\-:-;iClJ, ,Lno précipitation prématurée, accompagnée d'une ca.;;lomcrati on;
<Desc/Clms Page number 19>
EMI19.1
s,d.Fr;t;ze de sorte que la r.23.tt.,'3 rlMr:'8!".t trop dure Pf)I]I' le travail à froid et incapable de développer les résistances qu'on peut obtenir par un écrouissage et un vieillissement appropriés ;
si, dans l'échelle ci-dessus, la température de la matière augmente lentement, une agglomération intervient suivie d'une remise en solution, mais l'homogénéisation ne s'accomplit pas jusqu'à la réduction de dureté qui est né- cessaire pour un travail à froid satisfaisant ou jusqu'à l'état qui convient pour assurer une précipitation effective au cours du vieillissement.
On obtient ainsi un ressort moteur capable de ré- sister à des conditions de service que ne supportera pas un ressort en acier à haute teneur en carbone de mêmes di- mensions. La charge de rupture et la limite proportionnelle du présent ressort sont supérieures à celles da ressort en acier.
Dans les conditions préférées (tableau IV), sa limite proportionnelle dépasse environ 141 kg/mm2 ; sa limite d'é- lasticité dépasse environ 176 kg/mm2 et son module d'élastici- ' té dépasse environ 20 x 10 il dynes/cm2, alors que les trois valeurs correspondantes des grands ressorts de montres' en acier au carbone de qualité supérieure sont respectivement environ 124 kg/mm2, 163 kg/mm et 19,6 x 10 il dynes/cm2. Il est, de plus, inoxydable dans les conditions atmosphériques, ainsi qu'au contact de la sueur ; résiste même aux solutions acides et alcalines concentrées. Il est essentiellement non magnétique et non magnétisable.
Les effets du procédé de fa- brication de l'alliage sont mis en évidence dans l'article en ce sens que si l'on chauffe un tel ressort à.1150 C et le refroidit alors rapidement, ce ressort subit une perte sévère de résistance et de dureté (la dureté Vickers tombant à moins de 300 et la charge de rupture à moins de 141 kg/mm2)
<Desc/Clms Page number 20>
et l'article devientinutilisable parcs qu'il n'existe aucune méthode qui permette de rétablir les valeurs sasindiquées sans appliquer une forte réduction à froid comme il est dit plus haut, c'est-à-dire sans réduire sa section et augmenter sa longueur, le ressort n'étant donc plus le même article.
A cet égard, l'article diffère nettement d'un ressort en acier au carbone qui peut être soumis à des trempes et revenus répétés si l'on a soin d'éviter la formation de poil- les et la décarbonisation.
La limite pratique du laminage ou travail à froid du présent alliage est fixée par le degré de travail à froid qui provoque un fendillement excessif des bords et surfaces; par celui au delà duquel tout travail à froid supplémentaire n'améliore plus ou guère les propriétés de résistance de la matière ou ne provoque plus un accroissement des dites pro- priétés lors du vieillissement; et jusqu'à un certain point par l'équipement d'usine dont on dispose, mais le travail à froid devra au moins assurer la réduction minimum spécifiée plus haut.