EP1051533B1 - Procede de fabrication de pieces de montre en alliage de titane - Google Patents

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EP1051533B1
EP1051533B1 EP98900519A EP98900519A EP1051533B1 EP 1051533 B1 EP1051533 B1 EP 1051533B1 EP 98900519 A EP98900519 A EP 98900519A EP 98900519 A EP98900519 A EP 98900519A EP 1051533 B1 EP1051533 B1 EP 1051533B1
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watch
alloys
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B37/00—Cases
    • G04B37/22—Materials or processes of manufacturing pocket watch or wrist watch cases

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing watch parts of alloy of titanium according to the preamble of claim 1.
  • the invention starts from the observation that this very surface appearance particular of the titanium generally used in watchmaking will not benefit probably not always from this fashion effect. Aesthetic constraints imposed by this material may therefore not always be accepted by a large clientele.
  • An object of the invention is therefore to propose watch parts in titanium having a different appearance from the titanium parts of the prior art, and therefore likely to occupy other commercial niches.
  • this goal is achieved by having recourse to a family of alloys containing at least 75% titanium, hardened by treatment thermomechanical and having mechanical resistance in common greater than 750MPa, preferably however close to 1000MPa. These particular alloys have the advantage of being able to be polished on large surfaces.
  • Patent document EP416929 describes a method of manufacture of titanium alloy watch case in which the piece already machined is heated to a temperature above the temperature of ⁇ transformation, that is to say greater than about 780 °, then quenched, of way to bring it into a martensitic phase. An operation of aging is then necessary before being able to polish the watch case. This process comprising a large number of distinct operations is by therefore difficult to implement on an industrial scale.
  • Alloys of ordinary titanium consist of grains of size 150 to 200 ⁇ m; of the differences in polishing between neighboring grains are therefore very visible.
  • Optimal polishing quality can therefore be obtained by refining the microstructure of the alloy, i.e. by reducing the size of the grains constituting the alloy of the watch piece. According to the invention, this refining is obtained by subjecting the watch part to a thermomechanical treatment.
  • the invention applies to the manufacture of any part of shows, in particular the middle part, from the bottom of the box; glasses, bracelet and at least some elements of the folding clasp and the clasp.
  • the invention therefore applies to the manufacture of any external part of a watch pocket or wrist.
  • At least one of these parts is made of an alloy solid titanium with medium or high mechanical strength, i.e. titanium alloy having a mechanical resistance greater than 750MPa, preferably however close to 1000Mpa.
  • Thermomechanical treatment consists of stamping the part heated to a temperature between 600 and 750 °, preferably however between 600 and 700 °. Tests have shown that an efficient refining of the microstructure of the alloy is obtained when subjected to pressure or deformation simultaneously important and heated to a temperature slightly below the temperature of ⁇ transformation. Different mechanisms, for example recrystallization dynamic, can be used for refining the microstructure. Sizes of grain less than 5 ⁇ m, of the order of 1 ⁇ m, can be obtained by judiciously choosing the heating temperature and the pressure applied deformation.
  • the alloys used can also be anodized and anodized to get different color effects.
  • the hardening and stamping of the part are therefore carried out a single operation; no subsequent heating, quenching or aging is not necessary. This process is therefore particularly advantageous to implement compared to the methods of the prior art.
  • titanium alloys aluminum has the property of stabilizing the ⁇ phase, stable at temperatures up to 880 ° C. Vanadium stabilizes the ⁇ phase which is normally stable at temperatures above 880 ° C. Tests have shown that the Ti 6Al 4V alloy is optimal for manufacturing a timepiece in mirror polished titanium.
  • the composition of this alloy can vary as follows: (composition in percentage by weight):
  • the middle, the bottom, the bezel, the buckle deployant, the clasp and / or strap of a watch are made in one of these alloys.
  • these alloys for certain elements or for certain parts of certain elements with other materials for other elements.

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Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces 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 occupe depuis quelques années une place toujours plus importante pour la réalisation de boítes de montre. Pour un prix nettement inférieur à celui de l'or, il apporte par rapport à l'acier l'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 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 la 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 imposées par ce matériau risquent donc de ne pas toujours être 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. 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.
Ce but est satisfait selon l'invention au moyen du procédé défini à la revendication 1.
En particulier, ce but est atteint en ayant recours à une famille d'alliages contenant au moins 75% de titane, durcis par traitement thermomécanique et possédant en commun une résistance mécanique supérieure à 750MPa, de préférence toutefois proche de 1000MPa. 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, les 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 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 α et β, de duretés différentes et auquel il est donc difficile de donner le même aspect de polissage. Le document de brevet EP416929 décrit un procédé de fabrication de boíte de montre en alliage de titane dans lequel la pièce déjà usinée est chauffée à une température supérieure à la température de transformation β, c'est-à-dire supérieure à 780° environ, puis trempée, de manière à l'amener dans une phase martensitique. Une opération de vieillissement est ensuite nécessaire avant de pouvoir polir la boíte 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 titane ordinaires sont constitués de grains de taille 150 à 200 µm; 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 est obtenu en soumettant la pièce de montre à un traitement thermomécanique.
Tel que cela est exposé dans la demande de brevet européen publiée sous le numéro 0.663.453 (ci-après EP 0.663.453) :
  • l'utilisation d'alliages métalliques contenant plus de 75 % de titane en poids est connue dans le domaine de la fabrication de boítiers de montres auxquels on souhaite donner un aspect poli miroir, et
  • dans le cas de l'utilisation de tels alliages il est connu d'ajuster la grosseur des grains de la microstructure à une valeur comprise entre 1 et 10 microns, afin de permettre la finition poli miroir,
  • pour l'ajustement de la grosseur des grains de la microstructure, il est connu de soumettre les pièces à un traitement thermique en dessous de la température dite de transformation Bêta (β) (trempe après formage, puis traitement par maintien à une température déterminée, et ce, sous atmosphère contrôlée).
L'alliage métallique retenu pour la fabrication de pièces selon la demande EP 0.663.453 a la composition suivante (% en poids) :
  • aluminium, de 3 à 5,
  • vanadium, de 2,1 à 3,7,
  • azote, non précisé,
  • carbone, non précisé,
  • hydrogène, non précisé,
  • fer, de 0,85 à 3,15,
  • oxygène, de 0,06 à 0,20.
L'utilisation L'utilisation de cette composition d'alliage pour l'obtention de pièces se prêtant à un polissage de qualité miroir contraint à la mise en oeuvre d'une trempe suivie d'un traitement thermique sous atmosphère contrôlée.
Un résultat que la présente invention permet d'obtenir est précisémment la suppression de ces étapes qui sont onéreuses.
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 la fabrication de n'importe quelle pièce de montre, en particulier de la carrure, du fond de la boíte; de la lunette, du bracelet et d'au moins certains éléments de la boucle déployante et du fermoir. L'invention s'applique donc à la fabrication de 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 alliage de titane présentant une résistance mécanique supérieure à 750MPa, de préférence toutefois proche de 1000Mpa.
Des essais effectués ont 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 l'homme de l'art dans le domaine de l'usinage de pièces horlogères peut, après quelques manipulations de routine, usiner ces alliages au moyen d'outils conventionnels, en dépit de tous les préjugés existants. Ces alliages peuvent par exemple être usinés en choisissant soigneusement les outils d'usinage parmi ceux existant et en réduisant la vitesse d'usinage.
Il a été constaté ensuite que, en soumettant ces alliages à un traitement thermomécanique, il est possible de réduire considérablement la taille des grains α et β de l'alliage et donc d'obtenir un matériau apte à être poli pour donner aux pièces un aspect brillant miroir. Un tel poli est inhabituel en 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 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 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 importante et chauffé à une température légèrement inférieure à la température de transformation β. Différents mécanismes, par exemple la recristallisation dynamique, peuvent être utilisés pour l'affinage de la microstructure. Des tailles de grain inférieures à 5 µm, de l'ordre de 1 µm, peuvent être obtenues en choisissant judicieusement la température de chauffe et la pression de déformation appliquée.
Les alliages utilisés peuvent également être éloxés et anodisés pour obtenir des effets de couleur différents.
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 mécanique convenant à un tel polissage comprend :
  • les alliages ternaires: Ti 6Al 4V.
    •    (les chiffres indiquant le pourcentage en poids dans la composition).
    Il s'agit en général d'alliages de titane biphasés α + β qui offrent un compromis optimal entre la ductilité et la résistance mécanique. Des alliages presque monophasés α ou des alliages de structure β 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 phase α, stable à des températures jusqu'à 880°C. Le vanadium stabilise la phase β qui est normalement stable aux températures supérieures à 880°C. Les essais ont montré que l'alliage Ti 6Al 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) :
    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.
    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. Il est néanmoins aussi possible de combiner l'usage de ces alliages pour certains éléments ou pour certaines parties de certains éléments 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 polie.

    Claims (2)

    1. Procédé de fabrication de pièces de montre aptes à être polies, ce procédé effectuant le durcissement desdites pièces de montre en alliage massif de titane contenant au moins 75% de titane en poids et possédant une résistance mécanique supérieure à 750 MPa, ce procédé mettant en oeuvre une étape de chauffage en dessous de la température de transformation Bêta (β),
         ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste en :
      la sélection préalable d'un alliage possédant la composition suivante (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,
      la réalisation du chauffage à une température comprise entre 600 et 750° au cours d'un traitement thermomécanique qui consiste en l'étampage de ladite pièce de montre.
    2. Procédé selon la revendication 1 en vue de l'obtention d'une taille de grains de l'alliage inférieure à 5µm caractérisé en ce que le temps de chauffage et la pression exercée lors de l'étampage sont optimisés de manière à obtenir la taille des grains de l'alliage recherché.
    EP98900519A 1998-01-27 1998-01-27 Procede de fabrication de pieces de montre en alliage de titane Expired - Lifetime EP1051533B1 (fr)

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