CA2318346A1 - Piece de montre en alliage de titane - Google Patents

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Abstract

Pièce de montre réalisée dans l'alliage suivant: (composition en pourcentage en poids): aluminium 5,5 à 6,75, vanadium 3,5 à 4,5, azote 0,05 maximum, carbone 0,1 maximum, hydrogène 0,015 maximum, fer 0,4 maximum, oxygène 0,2 maximum, éléments divers: 0,1 maximum chacun, 0,5 maximum au total, le reste étant du titane. Cet alliage permet d'usiner et de polir la pièce de montre avec des outils conventionnels et de lui donner un aspect brillant miroir.

Description

Pièce de montre en alliage de titane La présente invention concerne une pièce de montre en alliage de titane selon le préambule de la revendication 1, Entre les matériaux traditionnels comme l'or et l'acier, le titane s occupe depuis quelques années une place toujours plus importante pour la réalisation de boîtes de montre. Pour un prix nettement inférieur à celui de l'or, il apporte par rapport à l'acier t'avantage d'être très bien supporté par la peau et de ne pas susciter d'allergies au nickel. Son succès commercial a en outre été favorisé par son aspect mat aisément identifiable qui a suscité un io engouement d'autant plus grand que ce matériau est généralement associé à
des montres ou d'autres produits de grande qualité.
L'invention part de ta constatation que cet aspect de surface très particulier du titane généralement employé en horlogerie ne bénéficiera probablement pas toujours de cet effet de mode. Les contraintes esthétiques ls imposées par ce matériau risquent donc de ne pas toujours ètre acceptées par une large clientèle.
Des tentatives ont déjà été effectuées dans l'art antérieur pour modifier l'aspect des montres en titane, par exemple au moyen de colorations, ou en plaquant des alliages particuliers de titane sur d'autres matériaux.
2o Toutefois, l'opération de plaquage renchérit les pièces qui par ailleurs sont sensibles aux chocs et aux rayures profondes.
Un but de l'invention est donc de proposer des pièces de montre en titane ayant un aspect différent des pièces en titane de l'art antérieur, et donc susceptibles d'occuper d'autres créneaux commerciaux.
2s Ce but est satisfait selon l'invention au moyen d'une pièce d'horlogerie réalisée dans un alliage de titane inédit en horlogerie.
En particulier, ce but est atteint en ayant recours à une famille d'alliages contenant au moins 75°r6 de titane, durcis par traitement
2 thermomécanique et possédant en commun une résistance mécanique supérieure à 750MPa, de préférence toutefois proche de 1 OOOMPa. Ces alliages particuliers présentent l'avantage de pouvoir être polis sur de grandes surfaces.
Des essais ont déjà été effectués dans l'art antérieur pour polir des pièces de montre en titane. Toutefois, ies alliages de titane utilisés traditionnellement ne permettent pas de polir entièrement des grandes pièces comme la carrure ou le bracelet. L'état de surface obtenu est similaire à une peau d'orange, en sorte que seules des petites pièces telles les lunettes ou io des petites portions de pièces plus grandes ont été réalisées en titane massif poli.
L'aspect de peau d'orange est dû notamment à la présence dans la structure de nombreux alliages de deux phases, par exemple les phases a et Vii, de duretés différentes et auquel il est donc difficile de donner le même aspect ls de polissage. Le document de brevet EP416929 décrit un procédé de fabrication de boîte de montre en alliage de titane dans lequel la pièce déjà
usinée est chauffée à une température supérieure à la température de transformation Vii, c'est-à-dire supérieure à 780° environ, puis trempée, de manière à l'amener dans une phase martensitique. Une opération de 2o vieillissement est ensuite nécessaire avant de pouvoir polir la boîte de montre.
Ce procédé comportant un grand nombre d'opérations distinctes est par conséquent difficile à mettre en oeuvre à l'échelle industrielle.
Des essais ont cependant montré que la taille des grains de l'alliage joue un rôle déterminant dans la qualité du polissage obtenu. Les alliages de 2s titane ordinaires sont constitués de grains de taille 150 à 200 gym; des différences de polissage entre grains voisins sont donc très visibles.
Une qualité de polissage optimale peut donc être obtenue en affinant la microstructure de l'alliage, c'est-à-dire en réduisant la taille des grains constituant l'alliage de la pièce de montre. Selon l'invention, cet affinage 3o est obtenu en soumettant la pièce de montre à un traitement thermomécanique.
3 L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples donnés dans la description suivante, aucune figure n'étant nécessaire pour les illustrer.
L'invention s'applique à fa fabrication de n'importe quelle pièce de montre, en particulier de la carrure, du fond de la boîte, de la lunette, du s bracelet et d'au moins certains éléments de la boucle déployante et du fermoir.
L'invention s'applique donc à n'importe quelle pièce externe d'une montre de poche ou de poignet.
Selon l'invention, au moins une de ces pièces est réalisée en alliage massif de titane à moyenne ou haute résistance mécanique, c'est-à-dire en io altiage de titane présentant une résistance mécanique supérieure à 750MPa, de préférence toutefois proche de 1000Mpa.
Ces alliages n'ont jamais été considérés dans l'art antérieur pour une utilisation horlogère en raison de préjugés tenaces, de nombreux spécialistes horlogers considérant que ces matériaux ne peuvent pas ëtre is usinés et étampés convenablement. Pour cette raison, des alliages de titane à
basse résistance mécanique ont toujours été utilisés en horlogerie. Les propriétés mécaniques de ces alliages étant largement suffisantes pour des applications horlogères, il n'y avait aucune incitation à utiliser des alliages supposés beaucoup plus difficiles à travailler.
2o Des essais effectués en dépit de l'opinion prévalante ont néanmoins fourni des résultats surprenants et montré que des pièces de montre peuvent être produites dans ces alliages avec des outils de coupe et d'étampage modernes, tels que ceux utilisés pour usiner l'acier inoxydable. Par ailleurs, une gravure à l'acide est également possible. Ces essais ont donc montré que 2s l'homme de l'art dans le domaine de l'usinage de pièces horlogères peut, après quelques manipulations de routine, usiner ces nouveaux alliages au moyen d'outils conventionnels, en dépit de tous les préjugés existants. Ces nouveaux alliages peuvent par exemple ëtre usinés en choisissant soigneusement les outils d'usinage parmi ceux existant et en réduisant la vitesse d'usinage.
4 II a été constaté ensuite que, en soumettant ces alliages à un traitement thermomécanique, il est possible de réduire considérablement la taille des grains a et ~i de l'alliage et donc d'obtenir un matériau apte à
ëtre poli pour donner aux pièces un aspect brillant miroir. Un tel poli est inhabituel en s horlogerie pour des montres en titane. Les propriétés avantageuses de ce matériau, notamment ses propriétés anti-allergiques, peuvent donc être étendues pour des gammes de montre pour lesquelles on aurait préféré pour des raisons esthétiques utiliser un autre métal.
Le traitement thermomécanique consiste de préférence en une io opération de chauffage de l'alliage à une température inférieure à la température de transformation (i (780°) au cours d'une opération de déformation de la pièce initiale. De préférence, le traitement thermomécanique consiste en un étampage de la pièce chauffée à une température comprise entre 600 et 750°, de préférence toutefois entre 600 et 700°.
Des essais ont is montré qu'un affinage efficace de la microstructure de l'alliage est obtenu lorsqu'il est soumis simultanément à une pression ou à une déformation împortante et chauffé à une température légèrement inférieure à la température de transformation Vii. Différents mécanismes, par exemple la recristallisation dynamique, peuvent âtre utilisés pour l'affinage de la microstructure. Des tailles 2o de grain inférieures à 5 ~,m, de l'ordre de 1 gym, peuvent être obtenues en choisissant judicieusement la température de chauffe et la pression de déformation appliquée.
Les alliages utilisés peuvent également ëtre éloxés et anodisés pour obtenir des effets de couleur différents.
2s Le durcissement et l'étampage de la pièce sont donc effectués en une seule opération ; aucune opération ultérieure de chauffage, de trempe ou de vieillissement n'est nécessaire. Ce procédé est donc particulièrement avantageux à mettre en oeuvre par rapport aux procédés de l'art antérieur.
La famille d'alliages de titane à moyenne et~haute résistance so mécanique convenant à un tel polissage comprend notamment Alliages binaires : Ti 8Mn Alliages ternaires : Ti 6AI 4V, Ti 7AI 4Mo Alliages quaternaires : Ti 8AI 1 Mo 1 V, s Ti 10V 2Fe 3AI, Ti 6AI 6V 2Sn Ti 4AI 3Mo 1 V
Ti 10V 2Fe 3AI
Alliages composés de 5 éléments ou plus : Ti 6AI 2Sn 4Zr 6Mo io Ti 5AI 2Sn 4Zr 4Mo 4Cr Ti 6AI 2Sn 2Zr 2Mo 2Cr Ti 'i 5V 3Cr 3AI 3Sn {les chiffres indiquant le pourcentage en poids dans la composition).
II s'agit en général d'alliages de titane biphasés a + ~ qui offrent un is compromis optimal entre la ductilité et la résistance mécanique. Des alliages presque monophasés a ou des alliages de structure ~ ne sont cependant pas exclus. Ces alliages à deux phases peuvent être affinés et durcis par des traitements thermomécaniques adéquats.
Dans les alliages de titane, l'aluminium a la propriété de stabiliser la 2o phase a, stable à des températures jusqu'à 880°C. Le vanadium stabilise la phase a qui est normalement stable aux températures supérieures à
880°C.
Les essais ont montré que l'alliage Ti 6AI 4V s'avère optimal pour la fabrication d'une pièce d'horlogerie en titane poli miroir. La composition de cet alliage peut varier comme suit : (composition en pourcentage en poids}
2s Aluminium 5,5 à 6,75, vanadium 3,5 à 4,5, azote 0.05 maximum, carbone 0,1 maximum, hydrogène 0,015 maximum, fer 0,4 maximum, oxygène 0,2 maximum, éléments divers : 0,1 maximum chacun, 0,5 maximum au total, le reste étant du titane.

WO 99/3?82? PCT/CH98/00028 Avantageusement, la carrure, le fond, la lunette, la boucle déployante, le fermoir et/ou le bracelet d'une montre sont réalisés dans un de ces alliages. II est néanmoins aussi possible de combiner l'usage de ces alliages pour certains éléments ou pour certaines parties de certains éléments s avec d'autres matériaux pour d'autres éléments. En particulier, il est possible de combiner l'utilisation de titane à moyenne ou haute résistance mécanique pour certaines pièces, en particulier pour des pièces visibles lorsque la montre est portée, avec du titane à basse résistance mécanique pour des pièces moins visibles, par exemple pour la boucle déployante, qui ne sera alors pas io polie.

Claims (18)

Revendications
1. Procédé de fabrication de pièce de montre en alliage massif de titane, caractérisé par les étapes suivantes durcissement d'un alliage contenant au moins 75% de titane et possédant une résistance mécanique supérieure à 750Mpa au cours d'une étape de traitement thermomécanique, polissage des faces externes visibles de la pièce.
2. Procédé de fabrication de pièce de montre selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit traitement thermomécanique est obtenu en chauffant l'alliage en-dessous de la température de transformation .beta.
au cours d'une opération de déformation de la pièce initiale
3. Procédé de fabrication de pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit traitement theromécanique est obtenu en chauffant l'alliage à une température comprise entre 600 et 750°pendant l'étampage de la pièce de montre.
4. Procédé de fabrication de pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de chauffage, la température de chauffage et la pression exercée sont optimisés de manière à
obtenir une taille des grains de l'alliage inférieure à 5µm.
5.. Procédé de fabrication de pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il ne comporte pas d'étape de trempe.
6. Procédé de fabrication de pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage est de type biphasé .alpha.+.beta..
7. Procédé de fabrication de pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage possède la composition suivante (composition en pourcentage en poids):

Aluminium 5,5 à 6,75, vanadium 3,5 à 4,5, azote 0.05 maximum, carbone 0,1 maximum, hydrogène 0,015 maximum, fer 0,4 maximum, oxygène 0,2 maximum, éléments divers : 0,1 maximum chacun, 0,5 maximum au total, le reste étant du titane.
8. Procédé de fabrication de pièces de montre en alliage massif de titane selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste - d'une part, dans la sélection d'un alliage possédant la composition suivante (composition en pourcentage en poids) Aluminium 5,5 à 6,75, Vanadium 3,5 à 4,5, Azote 0,05 maximum, Hydrogène 0,015 maximum, Oxygène 0,2 maximum, éléments divers 0,1 maximum 0,5 maximum au total, le reste étant du titane, - d'autre part, dans le durcissement de cet alliage au cours d'une étape de traitement thermomécanique.
9. Pièce de montre réalisée en un alliage massif contenant au moins 75% de titane, caractérisée en ce que ledit alliage est durci au cours d'une étape de traitement thermomécanique, possède une résistance mécanique supérieure à 750Mpa, et en ce que au moins les faces externes visibles de la pièce sont polies.
10. Pièce de montre selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la taille des grains de l'alliage est inférieure à 5µm.
11. Pièce de montre selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que ledit alliage est de type biphasé .alpha. + .beta..
12. Pièce de montre selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit alliage possède la composition suivante (composition en pourcentage en poids):

Aluminium 5,5 à 6,75, vanadium 3,5 à 4,5, azote 0.05 maximum, carbone 0,1 maximum, hydrogène 0,015 maximum, fer 0,4 maximum, oxygène 0,2 maximum, éléments divers : 0,1 maximum chacun, 0,5 maximum au total, le reste étant du titane.
13. Pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une carrure dont seules les surfaces externes visibles sont polies.
14. Pièce de montre selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une lunette dont les surfaces externes visibles sont polies.
15. Pièce de montre selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un bracelet dont au moins les surfaces externes visibles sont polies.
16. Montre comportant au moins une carrure selon la revendication 13 et un bracelet selon la revendication 15.
17. Montre selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins une autre pièce en titane ou en alliage de titane à résistance mécanique inférieure à celle de la carrure.
18. Montre selon la revendication précédente, caractérisée en ce que au moins un élément de la boucle déployante est réalisé en titane ou en alliage de titane à résistance mécanique inférieure à celle de la carrure.
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