CH715727B1 - Procédé d'obtention d'un composant micromécanique en alliage d'or 18 carats. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'obtention d'un composant fonctionnel destiné à des applications horlogère, joaillère ou micromécaniques, le procédé comprenant les étapes suivantes: fournir un matériau brut (12) formé d'un alliage comprenant au moins 750‰ massique d'or et ayant une première dureté; réaliser une étape d'écrouissage dudit matériau de manière à obtenir un produit semi-fini ayant une seconde dureté plus élevée que la première dureté; et une étape d'usinage du produit semi-fini pour obtenir le composant; l'étape d'écrouissage comportant au moins un cycle de déformation plastique sévère de sorte que la structure cristallographique de l'alliage est transformée en une structure à grain inférieure à 10 µm.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un procédé d'obtention d'un composant micromécanique en alliage d'or ayant une dureté et une ductilité élevées. Le composant obtenu par le procédé de l'invention est destiné à des applications horlogère ou micromécaniques, en particulier lorsque le composant est soumis à de fortes contraintes mécaniques.

Etat de la technique

[0002] Il peut être souhaitable d'utiliser des composant en alliage d'or, par exemple un or 18 carats 3N, 4N, 5N ou gris pour des applications en horlogerie ou en micromécaniques, où ces composants sont soumis à de fortes contraintes mécaniques. Cependant, les propriétés mécaniques de ces types d'alliages ne sont souvent pas satisfaisantes, notamment en raison d'une faible dureté.

Bref résumé de l'invention

[0003] La présente invention concerne un procédé d'obtention d'un composant fonctionnel destiné à des applications horlogère ou micromécaniques, le procédé comprenant les étapes suivantes: fournir un matériau brut formé d'un alliage comprenant au moins 750‰ massique d'or et ayant une première dureté; réaliser une étape d'écrouissage dudit matériau de manière à obtenir un produit semi-fini ayant une seconde dureté plus élevée que la première dureté; et une étape d'usinage du produit semi-fini pour obtenir le composant; dans lequel l'étape d'écrouissage comporte au moins un cycle de déformation plastique sévère de sorte que la structure cristallographique de l'alliage est transformée en une structure à grain inférieure à 10 µm.

[0004] La présente invention concerne également un composant obtenu par le procédé de l'invention.

[0005] Le composant obtenu par le procédé de l'invention possède de meilleures caractéristiques mécaniques, par exemple une dureté et une ductilité plus élevées, qu'un composant obtenu de manière conventionnelle.

Brève description des figures

[0006] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : la figure 1 illustre un dispositif de martelage rotatif; la figure 2 montre un composant; et les figure 3 à 8 comparent une vue de dessus de la tête d'une vis obtenue par un procédé conventionnel et par le procédé de l'invention, avant serrage (figure 3), serrage jusqu'au couple nominal de 2.7 N.cm (figure 4), serrage jusqu'au couple nominal de 5 N.cm (figure 5), serrage jusqu'au couple nominal de 6.5 N.cm (figure 6), serrage jusqu'au couple nominal de 7 N.cm (figure 7), serrage jusqu'au couple nominal de 8.5 à 9 N.cm (figure 8).

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0007] Selon un mode de réalisation, un procédé d'obtention d'un composant fonctionnel destiné à des applications horlogère ou micromécaniques, comprend les étapes suivantes: fournir un matériau brut formé d'un alliage comprenant au moins 750‰ massique d'or et ayant une première dureté; réaliser une étape d'écrouissage dudit matériau de manière à obtenir un produit semi-fini ayant une seconde dureté plus élevée que la première dureté; et usiner le produit semi-fini pour obtenir le composant;dans lequel l'étape d'écrouissage comporte au moins un cycle de déformation plastique sévère de sorte que la structure cristallographique de l'alliage est transformée en une structure à grain inférieure à 10 µm.

[0008] L'étape d'écrouissage comportant au moins un cycle de déformation plastique sévère résulte dans une structure de grain où la taille des grains n'est pas nécessairement égale dans les trois dimensions du grain. En particulier, l'étape d'écrouissage comportant au moins un cycle de déformation plastique sévère peut produire des grains ayant une forme allongée. Ici, la structure de grain est définie par la taille des grains selon leur dimension la plus petite. Par exemple, la dimension la plus petite dans le cas d'un grain allongé est sa section transversale tandis que la dimension la plus grande est sa section longitudinale.

[0009] Selon le nombre de cycles de déformation plastique sévère, la taille transversale des grains de la structure à grain ultrafins peut être inférieure à 10 µm, et même inférieure à 5 µm, voire 1 µm.

[0010] Dans le cadre de la déformation plastique sévère, une très forte contrainte hydrostatique est introduite lors de la mise en oeuvre, retardant voire empêchant la localisation de la déformation et donc l'apparition de fissures. La déformation est plus homogène que pour les techniques conventionnelles telles que le laminage ou le tréfilage, où une texture liée à la direction de déformation subsiste. Dans les techniques de déformation à froid usuelles, le durcissement est engendré par la création de dislocations (sources de Frank-Read) qui vont s'empiler sur les joints de grains initiaux, pour progressivement former une structure de sous-joints (ou cellules) dont les parois contiennent une très grand densité de dislocations. Dans des matériaux ayant subi une déformation plastique sévère, la déformation est telle que de nouveaux grains sont formés, avec des joints de grains plus nets que les parois des cellules et contenant peu de dislocations. C'est la très grande densité de joints de grains qui induit les propriétés mécaniques des matériaux ayant subi une déformation plastique sévère.

[0011] La taille des grains d'une structure cristallographique d'un alliage ayant subi „au moins un cycle de déformation plastique sévère“ peut dépendre de la composition de l'alliage et des conditions de la méthode de déformation plastique sévère. Cependant, la taille des grains peut être vérifiée directement et avec succès au moyen de tests et de procédures connus de l'homme du métier et ne nécessitant pas une somme déraisonnable d'expérimentations. Par exemple, selon la composition de l'alliage comprenant au moins 750‰ massique d'or, le nombre de cycles de déformation plastique sévère sera ajusté afin d'obtenir une structure à grains ultrafins, inférieure à 10 µm.

[0012] Selon une forme préférée, le matériau brut peut prendre la forme d'une barre, par exemple une barre ayant un diamètre d'environ 10mm. Le matériau brut peut être à l'état recuit.

[0013] Selon une forme particulière, le matériau brut peut être formé d'un alliage d'or 3N comprenant: 750‰ Au, 125‰ Cu et 125‰ Ag.

[0014] Par exemple, un tel alliage d'or 3N Nuance classique du commerce présentant les caractéristiques ci-dessous : Recuit* 145 550 375 40 Ecroui 70% 240 890 810 2 Recuit + durci** 230 750 630 16.5 Ecroui 70% + durci** 290 1010 970 1.5 *le recuit correspond à 650°C pendant 30min sous atmosphère H2/N2puis trempe à l'eau. **le durcissement thermique est réalisé à 280°C pendant 60min.

[0015] L'écrouissage à 70% peut être réalisé par une méthode de laminage et/ou tréfilage, typiquement après entre 3 et 10 passages.

[0016] Selon d'autres formes possibles, le matériau brut peut être formé d'un alliage d'or selon les nuances commerciales classiques de 3N (750Au-125Cu-125Ag 3N), 4N (750Au-160Cu-90Ag 4N), 5N (750Au-205Cu-45Ag 5N) ou or gris (750Au-125Pd-95Cu-30Ag). Ces compositions sont données à titre indicatif, d'autres variantes sont également possibles.

[0017] Selon une forme d'exécution, le ou les cycles de déformation plastique sévère sont réalisés à l'aide d'une méthode de martelage rotatif (rotary swaging), également connu sous le nom de rétreinte rotative.

[0018] Lafigure 1illustre schématiquement un dispositif de martelage rotatif 10, pouvant réaliser le ou les cycles de déformation plastique sévère par la méthode de martelage rotative. Des marteaux 11 sont positionnés autour du matériau brut, par exemple une barre 12. Les marteaux 11 exécutent des mouvements radiaux (indiqués par les flèches 13) à haute fréquence. Les mouvements radiaux 13 des marteaux 11 se font dans le plan de la section du matériau 12, perpendiculairement à l'axe longitudinal 15 du matériau 12. Par exemple, la fréquence des mouvements radiaux varie de 1 500 à 10 000 par minute selon la taille du dispositif. La course latérale des marteaux 11 courses est d'environ de 0.2 à 5 mm. Habituellement, le dispositif de martelage rotatif 10 comprend quatre marteaux 11. En fonction de l'application et de la taille du dispositif 10, il est possible d'utiliser des jeux de deux, trois, six ou, dans des cas particuliers, jusqu'à huit marteaux 11. Pour éviter la formation de bavures longitudinales aux interstices entre les marteaux 11, le dispositif 10 peut imprimer un mouvement de rotation relatif entre les marteaux 11 et la barre de travail 12. Dans ce cas, les marteaux 11 tournent autour de l'axe longitudinal 15, dans un sens horaire ou antihoraire. Lors d'un cycle de déformation, le matériau 12 est avancé dans la direction de l'axe longitudinal 15, par exemple dans le sens indiqué par la flèche 16.

[0019] Le martelage rotatif est un processus de formage incrémental. Selon une forme d'exécution, la déformation finale de la barre 12 est atteinte après une succession de déformations sévère intermédiaires (une succession de cycles de déformation plastique sévère). Par exemple, une barre 12 d'un diamètre initial de 10 mm peut voir son diamètre réduit à 2 mm à la suite de déformations successives (cycles successifs) réalisées à l'aide de la méthode de martelage rotatif, soit 96% de taux de déformation (sur la section). Par exemple, des cycles successifs, chaque cycle permettant de réduire le diamètre de la barre 12 d'environ 1 mm, sont réalisés pour diminuer le diamètre de la barre 12 de 10 mm à 5 mm. Des cycles successifs, chaque cycle permettant de réduire le diamètre de la barre 12 d'environ 0.5 mm, sont réalisées pour diminuer le diamètre de la barre 12 de 5 mm à 2 mm.

[0020] La déformation est plutôt de la compression plane, qui engendre un état de contrainte assez complexe avec beaucoup de compression. C'est ce qui permet de retarder la fissuration. Pour l'alliage d'or 3N comprenant: 750‰ Au, 125‰ Cu et 125‰ Ag ayant subi une déformation de 96% par l'étape de martelage rotatif selon l'invention, un produit semi-fini ayant une dureté de 350HV est obtenu. Selon le nombre de cycles de déformation plastique sévère, la taille transverse des grains de la structure à grain ultrafins peut être inférieure à 10 microns, et même inférieure à 5 microns, voire 1 micron.

[0021] Selon une forme d'exécution, le procédé comporte en outre une étape de traitement thermique de durcissement par précipitation (ou encore, traitement de durcissement thermique). Par exemple, le durcissement thermique peut être réalisé à une température de 280°C à 300°C, pendant un temps de 60 min à 8 heures. Le durcissement thermique peut être réalisé sous une atmosphère d'argon. L'étape de durcissement thermique peut être réalisée à la suite de l'étape d'écrouissage. Le procédé peut également comporter le traitement de durcissement thermique.

[0022] L'étape d'usinage peut être réalisée avant et/ou après l'étape de durcissement thermique.

[0023] Le ou les cycles de déformation plastique sévère permettent de passer d'une première dureté de 145 HV pour le matériau brut recuit, à une seconde dureté de 350HV.

[0024] Alternativement, le ou les cycles de déformation plastique sévère peuvent être réalisés à l'aide d'une des méthodes, ou une combinaison de ces méthodes, comprenant: l'extrusion angulaire à canaux égaux (equal channel angular pressing, ECAP), l'extrusion angulaire conforme à canaux égaux (ECAP-conform), torsion à haute pression (high pressure torsion or high pressure tube twisting, HPT ou HPTT), colaminage accumulatif (accumulative roll bonding, ARB), corrugation répétitive et redressage (repetitive corrugation and straightening, RCS), laminage asymétrique (asymmetric rolling, ASR), extrusion-compression cyclique (cyclic extrusion-compression, CEC), martelage rotatif, ou toute autre méthode appropriée pour obtenir ladite structure à grains ultrafins.

[0025] En fonction de la méthode avec laquelle sont réalisés le ou les cycles de déformation plastique sévère, la taille et la forme/géométrie des grains peuvent changer. Par exemple pour les process dérivés du laminage et de l'étirage les grains présenteront une forme allongée. Dans tous les cas leur taille sera réduite par rapport au matériau brut.

[0026] L'étape d'usinage peut comprendre un procédé d'enlèvement de matière tel que le tournage, le fraisage, la rectification, l'électroérosion, le découpage, le découpage par laser ou jet d'eau, ou tout autre procédé approprié. L'étape d'usinage peut aussi comprendre un procédé de mise en forme par déformation, ou par assemblage. L'étape d'usinage peut également comprendre un ou des traitements de finition, tels que l'usinage, le roulage, le satinage, le polissage, le sablage, le microbillage, la gravure ou tout autre procédé mécanique adapté.

[0027] Des tests comparatifs ont été réalisés afin de comparer un composant obtenu avec le procédé de l'invention, comprenant l'étape d'écrouissage comportant le ou les cycles de déformation plastique sévère, avec un composant obtenu par un procédé dans lequel l'étape d'écrouissage est réalisée par une méthode de laminage et/ou tréfilage, typiquement après entre 3 et 10 cycles jusqu'à 70% de taux de déformation. Les tests ont été réalisés pour un composant comprenant une vis 20 ayant une partie filetée 21 et une tête 22 pourvue d'une fente 23 (voir lafigure 2). Le diamètre des vis de test est de 1 mm.

[0028] Les tests comparatifs comprennent des tests de tenue mécanique de la vis 20. Plus particulièrement, les tests comparatifs comprennent un serrage de la vis 20 dans une plaque taraudée en acier jusqu'au couple nominal de 2.7 N.cm, réalisé avec un tournevis dynamométrique. Le couple nominal de 2.7 N.cm correspond à une valeur de référence préconisée pour ce type de vis. Les tests comparatifs comprennent également un serrage par palier de la vis 20 jusqu'à la rupture et le serrage de la vis 20 au couple maximal jusqu'à la rupture.

[0029] La vis 20 obtenue par le procédé de l'invention et la vis obtenue de manière conventionnelle ont été usinés de la même façon.

[0030] Lesfigures 3 à 8comparent une vue de dessus de la tête 22 d'une vis 20 obtenue par un procédé conventionnel (noté standard) et par le procédé de l'invention (noté invention). Dans chaque figure, la comparaison est montrée pour trois vis standard et trois vis de l'invention (correspondant aux figures a, b et c).

[0031] La figure 3 correspond à la situation avant serrage.

[0032] La figure 4 correspond au serrage de la vis 20 jusqu'au couple nominal de 2.7 N.cm. On ne voit pas de différence notable dans la tenue mécanique entre la vis standard et la vis de l'invention. La déformation de la fente 23 de la vis 20 négligeable dans les deux cas.

[0033] La figure 5 correspond au serrage de la vis 20 jusqu'au couple nominal de 5 N.cm. On observe une différence dans l'aspect de la zone de déformation de la fente 23 entre la vis standard et la vis de l'invention.

[0034] La figure 6 correspond au serrage de la vis 20 jusqu'au couple nominal de 6.5 N.cm. Dans ce cas, la différence dans l'aspect de la zone de déformation de la fente 23 entre la vis standard et la vis de l'invention est plus marquée. La zone de déformation est plus localisée que pour un couple nominal de 7 N.cm (voir figure 7). On observe la formation de bandes de glissement sur la tête 22 de la vis de l'invention.

[0035] La figure 7 correspond au serrage de la vis 20 jusqu'au couple nominal de 7 N.cm. A partir de 7 N.cm, on observe une rupture au niveau de la partie filetée 21 pour la vis standard. Sinon, il y a une déformation très importante de la fente 23 de la tête de vis standard. L'aspect de la tête 22 de la vis de l'invention change peu par rapport à l'application d'un couple nominal de 6.5 N.cm.

[0036] La figure 8 correspond au serrage de la vis 20 jusqu'au couple nominal de 8.5 à 9 N.cm et montre une rupture de la vis de l'invention au niveau de la partie filetée 21, ou encore d'une déformation très importante de la fente 23 de la tête de l'invention. Le comportement de la vis de l'invention au couple de 8.5 à 9 N.cm, est similaire à celui de la vis standard au couple de 7 N.cm. Pour un couple de 8.5 à 9 N.cm, toutes les vus standard ont subies une rupture et ne sont donc pas montrées dans la figure.

[0037] La valeur moyenne de rupture de la vis standard correspond donc en moyenne à un couple nominal de serrage de l'ordre de 7 N.cm, tandis que la valeur moyenne de rupture de la vis de l'invention correspond en moyenne à un couple nominal de serrage au-delà de 8 N.cm.

[0038] La rupture au niveau de la partie filetée 21 n'a pu être atteinte qu'une seule fois à un couple de 9 N.cm pour la vis de l'invention.

[0039] Pour la vis de l'invention, la limite à la rupture est nettement augmentée par rapport à la limite à la rupture de la vis standard. Selon les tests, la limite à la rupture de la vis de l'invention est de l'ordre de + 14 %, si on se base sur la moyenne 7 N.cm à 8 N.cm, ou de l'ordre de + 28%, si on se base sur la rupture de la partie fileté 21 à 9 N.cm.

[0040] Le composant obtenu par le procédé de l'invention peut comprendre tout composant fonctionnel destiné à des applications horlogère ou micromécaniques. Plus particulièrement, le procédé est particulièrement adapté à l'obtention de tels composants qui sont soumis à de fortes contraintes. Par exemple, le composant peut comprendre un composant horloger tel qu'un axe, une vis, une goupille ou une barrette, etc.

[0041] Le composant obtenu par le procédé de l'invention possède de meilleures caractéristiques mécaniques, par exemple une dureté et une ductilité plus élevées, qu'un composant obtenu de manière conventionnelle. Le composant obtenu par le procédé de l'invention permet donc de réduire les retours SAV.

[0042] Comme le composant obtenu par le procédé de l'invention peut avoir un diamètre réduit à résistance égale, il peut permettre un allègement des designs. Le composant permet également d'obtenir une étanchéité améliorée.

Numéros de référence employés sur les figures

[0043] 10 dispositif de martelage rotatif 11 marteau 12 matériau brut 13 mouvements radiaux 15 axe longitudinal 16 direction d'avancement 20 composant, vis 21 partie filetée 22 tête 23 fente

Claims (8)

1. Procédé d'obtention d'un composant fonctionnel destiné à des applications horlogère ou micromécaniques, le procédé comprenant les étapes suivantes: fournir un matériau brut formé d'un alliage comprenant au moins 750‰ massique d'or et ayant une première dureté; réaliser une étape d'écrouissage dudit matériau de manière à obtenir un produit semi-fini ayant une seconde dureté plus élevée que la première dureté; et usiner le produit semi-fini pour obtenir le composant; caractérisé en ce que l'étape d'écrouissage comporte au moins un cycle de déformation plastique sévère de sorte que la structure cristallographique de l'alliage est transformée en une structure à grain inférieure à 10 µm.

2. Procédé, selon la revendication 1, dans laquelle la structure cristallographique de l'alliage est transformée en une structure à grain inférieure à 5 µm, voire 1 µm.

3. Procédé, selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le ou les cycles de déformation plastique sévère sont réalisés à l'aide d'une méthode de martelage rotatif.

4. Procédé, selon l'une des revendications 1 à 3, comportant en outre une étape de traitement thermique de durcissement par précipitation.

5. Procédé, selon la revendication 4, dans lequel ledittraitement thermique est réalisé à 280°C pendant 60 min.

6. Procédé, selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'étape d'usinage est réalisée avant l'étape de traitement thermique de durcissement par précipitation.

7. Composant horloger ou joailler obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 5.

8. Composant selon la revendication 6, comprenant un axe, une vis, une goupille ou une barrette.