PROCÉDÉ DE FABRICATION D ' UN RESSORT POUR PIÈCE D ' HORLOGERIE METHOD FOR MANUFACTURING A SPRING FOR A WATCHPIECE PART
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un ressort pour pièce d'horlogerie qui comporte au moins un ruban monolithique en verre métallique comprenant au moins une courbure. The present invention relates to a method of manufacturing a spring for a timepiece which comprises at least one monolithic ribbon of metal glass comprising at least one curvature.
On a déjà proposé dans le document EP 0 942 337 une montre comprenant un ressort moteur en métal amorphe. En réalité, seule une lame formée d'un stratifié en métal amorphe assemblé avec de la résine époxy est décrite dans ce document. En variante, un assemblage de lames par soudage par points des deux extrémités et du point d' inflexion de la forme libre du ressort a été proposé. It has already been proposed in EP 0 942 337 a watch comprising a motor spring amorphous metal. In fact, only one blade formed of an amorphous metal laminate assembled with epoxy resin is described herein. Alternatively, a blade assembly by spot welding of both ends and the point of inflection of the free spring shape has been proposed.
Le problème majeur d'une telle lame est le risque élevé de délaminage du stratifié lors de sa mise en forme et suite aux armages et aux désarmages répétés auquel un tel ressort est soumis. Ce risque est d'autant plus accentué que la résine vieillit mal et perd ses propriétés. The major problem of such a blade is the high risk of delamination of the laminate during its shaping and following repeated arming and disarming to which such a spring is subjected. This risk is all the more accentuated as the resin ages poorly and loses its properties.
Cette solution ne permet pas de garantir la fonctionnalité et le comportement en fatigue du ressort. En outre, la modélisation de la forme théorique du ressort proposée ne prend pas en compte le comportement d' un matériau stratifié . This solution does not guarantee the functionality and the fatigue behavior of the spring. In addition, the modeling of the theoretical form of the proposed spring does not take into account the behavior of a laminate material.
L'utilisation de plusieurs lames minces assemblées est due à la difficulté d'obtenir des lames en verre métallique épaisses, les procédés que l'on connaît, développés dans les années 1970 pour des rubans amorphes utilisés pour leurs propriétés magnétiques, ne permettant de fabriquer que des rubans jusqu'à une trentaine de microns par trempe rapide. The use of several thin blades assembled is due to the difficulty of obtaining thick metal glass blades, the known methods developed in the 1970s for amorphous ribbons used for their magnetic properties, making it impossible to manufacture than ribbons up to thirty microns by rapid quenching.
La demande internationale publiée sous le numéro WO 2007/038882 décrit un matériau composite composé d'une matrice amorphe sensiblement continue comprenant des particules de graphite. Ce matériau composite est censé
pouvoir être utilisé pour fabriquer en particulier des ressorts, cependant, aucune indication n'est donnée quant au procédé de . fabrication de tels ressorts. De plus, la taille des particules dispersées dans la matrice du composite est du même ordre de grandeur que l'épaisseur typique de ressorts horlogers, ce qui soulève des doutes sur l'utilisation d'un tel composite pour cette application. The international application published under the number WO 2007/038882 describes a composite material composed of a substantially continuous amorphous matrix comprising graphite particles. This composite material is supposed it can be used to manufacture particularly springs, however, no indication is given as to the process of. manufacture of such springs. In addition, the size of the particles dispersed in the matrix of the composite is of the same order of magnitude as the typical thickness of watch springs, which raises doubts about the use of such a composite for this application.
Le brevet étasunien n° US 5 772 803 concerne un objet comprenant un ressort de torsion pouvant être obtenu par refroidissement à une vitesse inférieure à 500°C/s d'un alliage métallique liquide afin d'obtenir un alliage métallique amorphe massif, puis mise en forme de cet alliage. La seule mise en forme mentionnée dans ce document est un coulage dans un moule. Il se trouve que le coulage d'un alliage à hautes performances mécaniques, notamment à haute limite élastique, produit des rubans qui sont fragiles en flexion dans les dimensions nécessaires pour réaliser un ressort de barillet. US Patent No. 5,772,803 relates to an object comprising a torsion spring obtainable by cooling at a speed less than 500 ° C / s of a liquid metal alloy to obtain a massive amorphous metal alloy, then put in the shape of this alloy. The only formatting mentioned in this document is casting in a mold. It turns out that the casting of an alloy with high mechanical performance, in particular with a high elastic limit, produces ribbons that are flexibly brittle in the dimensions necessary to make a mainspring.
Le brevet français n° FR 1 553 876 a pour objet un dispositif et un procédé pour la fabrication de spiraux d'horlogerie. La nature des bandes utilisées pour la fabrication de ces spiraux n'est pas indiquée dans ce document. Vu l'ancienneté du document, on peut supposer qu'il s'agit d'un alliage métallique polycristallin pour ressorts spiraux autocompensateurs de type Invar®, comme l'alliage Nivarox® (alliage de base FeNi) . French patent No. FR 1 553 876 relates to a device and a method for the manufacture of watch spirals. The nature of the strips used for the manufacture of these spirals is not indicated in this document. Given the age of the document, it can be assumed that it is a polycrystalline metal alloy for Invar®-type self-compensating coil springs, such as the Nivarox® alloy (FeNi base alloy).
Le brevet américain n° US 3 624 883 a trait à un procédé de fabrication d'un ressort enroulé en spirale et fixé à une virole comprenant la fixation d'un ruban à une virole puis l'entraînement en rotation de cette dernière et la soumission de l'ensemble à un traitement thermique pour figer le ruban dans sa position enroulée. La nature du ruban n'est pas indiquée dans ce document. Ce brevet revendiquant une
priorité datée de 1968, et compte tenu de la description, il est vraisemblable que le ruban était en alliage métallique polycristallin pour ressorts spiraux (hair spring) du même type que celui décrit dans le brevet français n° FR 1 553 876 cité plus haut. Il est connu de l'homme du métier que le rôle et donc les propriétés du ressort spiral sont bien différents de celui du ressort moteur ou ressort de barillet. U.S. Patent No. 3,624,883 relates to a method of manufacturing a spring wound spirally and attached to a ferrule comprising attaching a ribbon to a ferrule and then rotating the latter and submitting of the assembly to a heat treatment to freeze the ribbon in its wound position. The nature of the ribbon is not indicated in this document. This patent claiming a priority dated 1968, and given the description, it is likely that the ribbon was polycrystalline metal alloy for spiral springs (hair spring) of the same type as that described in the French patent No. FR 1 553 876 cited above. It is known to those skilled in the art that the role and therefore the properties of the spiral spring are very different from that of the mainspring or mainspring.
L'application de la. technique précitée à des verres métalliques ne va donc pas de soi du fait des grandes différences existant entre un alliage métallique cristallin et un alliage métallique amorphe appelé « verre métallique ». The application of the. The aforementioned technique to metal glasses is therefore not obvious because of the large differences between a crystalline metal alloy and an amorphous metal alloy called "metal glass".
Comme indiqué dans la partie « Backgroud of the invention » de la demande internationale précitée n° WO 2007/038882, les verres métalliques massifs sont fragiles et par conséquent, leur déformation plastique à température ambiante est fortement déconseillée. As indicated in the "Backgroud of the invention" part of the aforementioned international application No. WO 2007/038882, solid metal glasses are fragile and therefore their plastic deformation at ambient temperature is strongly discouraged.
De même, dans leur article intitulé "Déformation behavior of the Zr4i.2 ii3.8Cui2.5NiioBe22. 5 bulk metallic glass over a wide range of strain-rates and températures Acta Materialia 51, 3429-3443 (2003), les auteurs J. Lu et al. déclarent " In spite of their metallic bonding, ail the metallic glasses discovered so far exhibit shear localization at room température, leading to catastrophic shear failure immediately following yield" (cf. p. 3430, 2eme paragraphe) . Similarly, in their article "Deformation behavior of the Zr 4 i.2 ii3. Cui2.5NiioBe 8 2 5 2. bulk metallic glass over a wide-range of strain-rates and temperatures Materialia Acta 51, 3429-3443 (2003) , authors J. Lu et al., state "In spite of their metallic bonding, the following is the case:" (see page 3430, 2 nd paragraph).
La déformation plastique d'un alliage métallique amorphe n'est possible que par la création de bandes de glissement. Ce mécanisme de déformation est totalement différent de celui des alliages métalliques cristallins. Une déformation plastique d'un alliage métallique amorphe est généralement non- désirée, car elle se traduit par une rupture rapide de la pièce sollicitée. The plastic deformation of an amorphous metal alloy is only possible by the creation of sliding strips. This deformation mechanism is totally different from that of crystalline metal alloys. Plastic deformation of an amorphous metal alloy is generally undesirable because it results in a rapid breakage of the stressed part.
Il apparaît donc clairement à l'homme du métier que la limite élastique est une limite à ne pas franchir sous peine
d'endommager le matériau. Par conséquent, pour l'homme du métier, toute .déformation plastique d'un verre métallique massif est à proscrire. It is therefore clear to those skilled in the art that the elastic limit is a limit not to be crossed under pain to damage the material. Therefore, for those skilled in the art, any plastic deformation of a solid metal glass is to be avoided.
Une autre différence fondamentale entre un alliage polycristallin multiphasé comme le Nivaflex® (alliage pour ressorts hautes performances de base CoNiCr) et un alliage métallique amorphe est que, pour pouvoir atteindre ses propriétés mécaniques maximales, l'alliage Nivaflex® doit être durci par écrouissage et par précipitation de phases lors d'un traitement thermique. Dans le cas d'un alliage métallique amorphe, on obtient ses caractéristiques mécaniques lors de la solidification et ses propriétés mécaniques ne peuvent pas être améliorées par une déformation plastique et/ou un traitement thermique subséquent. Ainsi, il est nécessaire d'appliquer un traitement thermique aux ressorts de barillet en Nivaflex® pour obtenir les propriétés mécaniques voulues, ce qui n'est pas le cas pour un ressort en verre métallique. Another fundamental difference between a multi-phase polycrystalline alloy such as Nivaflex® (CoNiCr base high performance alloy) and an amorphous metal alloy is that, in order to achieve its maximum mechanical properties, the Nivaflex® alloy must be hardened by hardening and by precipitation of phases during a heat treatment. In the case of an amorphous metal alloy, its mechanical characteristics are obtained during solidification and its mechanical properties can not be improved by plastic deformation and / or a subsequent heat treatment. Thus, it is necessary to apply heat treatment Nivaflex® barrel springs to obtain the desired mechanical properties, which is not the case for a metal glass spring.
Exposé sommaire de l'invention Summary of the invention
Les inventeurs ont découvert avec surprise qu' il était possible de faire subir une déformation plastique à un ruban de verre métallique, et de l'utiliser industriellement avec sa déformation plastique, notamment sous la forme d'un ressort sollicité mécaniquement de façon répétée dans le barillet d'un mouvement horloger. The inventors discovered with surprise that it was possible to plastically deform a ribbon of metal glass, and to use it industrially with its plastic deformation, in particular in the form of a spring mechanically stressed repeatedly in the barrel of a watch movement.
Ils ont ensuite mis à profit cette découverte dans un procédé de fabrication d'un ressort pour pièce d'horlogerie selon la revendication 1. They then used this discovery in a method of manufacturing a spring for a timepiece according to claim 1.
Ce procédé permet donc de fabriquer des ressorts d'horlogerie fonctionnels en verre métallique, en particulier des ressorts de barillet, à une échelle industrielle.
Les caractéristiques et avantages du procédé objet de l'invention apparaîtront au cours de la description, qui suit, illustrée par différents diagrammes. This method therefore makes it possible to manufacture functional clock springs made of metal glass, in particular cylinder springs, on an industrial scale. The characteristics and advantages of the method which is the subject of the invention will become apparent during the description which follows, illustrated by various diagrams.
La figure 1 est un diagramme ductilité/fragilité en fonction des conditions de recuit; Figure 1 is a ductility / brittleness diagram depending on the annealing conditions;
la figure 2a est un diagramme de fixage à différentes températures ; Figure 2a is a fixing diagram at different temperatures;
la figure 2b est un diagramme de déformation à la rupture en fonction de la durée de recuit à différentes températures ; Figure 2b is a break strain chart versus annealing time at different temperatures;
les figures 3a, 3b sont des diagrammes correspondants à ceux des figures 2a respectivement 2b pour un autre alliage; les figures 4a, 4b sont des diagrammes correspondants à ceux des figures 2a respectivement 2b pour un autre alliage; la figure 5a est une vue en plan de la forme libre d'un ressort ; Figures 3a, 3b are diagrams corresponding to those of Figures 2a and 2b for another alloy; Figures 4a, 4b are diagrams corresponding to those of Figures 2a and 2b respectively for another alloy; Figure 5a is a plan view of the free form of a spring;
la figure 5b est une vue en plan de la forme libre de ce même ressort dont les courbures correspondent à 60% de la forme libre théorique; et Figure 5b is a plan view of the free form of the same spring whose curvatures correspond to 60% of the theoretical free form; and
les figures 6a, 6b représentent les courbes d'armage/ désarmage d'un ressort de barillet dont une partie a été mise en forme à chaud et la partie interne a été mise en forme par déformation plastique, respectivement d'un ressort de barillet dont la mise en forme a été entièrement réalisée par déformation plastique (mise en forme à froid) , avec le couple en [mNm] en fonction du nombre de tours de développement. FIGS. 6a and 6b show the winding / disarming curves of a barrel spring, part of which has been shaped hot, and the inner part has been shaped by plastic deformation, respectively of a mainspring of which the shaping was done entirely by plastic deformation (cold forming), with the torque in [mNm] as a function of the number of revolutions of development.
Exposé détaillé de l'invention Detailed exposition of the invention
Pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention, il est avantageux d'utiliser un alliage métallique apte à former en refroidissant un alliage métallique amorphe ou essentiellement amorphe, appelé « verre métallique », en
raison des excellentes propriétés mécaniques découlant de leur structure particulière. For the implementation of the method according to the invention, it is advantageous to use a metal alloy capable of forming, by cooling an amorphous or essentially amorphous metal alloy, called "metallic glass", in because of the excellent mechanical properties resulting from their particular structure.
Il est particulièrement avantageux d'utiliser des verres métalliques dont les propriétés mécaniques sont supérieures à celles des alliages traditionnels polycristallins utilisés dans l'art antérieur, comme par exemple l'alliage Nivaflex®. De ce fait, l'invention présentée ci-après concerne plus particulièrement les verres métalliques dont la limite élastique est supérieure à 2400MPa. It is particularly advantageous to use metal glasses whose mechanical properties are superior to those of conventional polycrystalline alloys used in the prior art, such as the Nivaflex® alloy. As a result, the invention presented below relates more particularly to metal glasses whose elastic limit is greater than 2400 MPa.
Comme exemples de tels alliages métalliques amorphes, on peut citer les alliages à base de Ni, Co et/ou Fe . Examples of such amorphous metal alloys include alloys based on Ni, Co and / or Fe.
Au cours de leurs recherches, les inventeurs ont également constaté que pour réaliser un ressort fonctionnel, c'est-à-dire garantissant un certain couple de rappel et une bonne fiabilité lors d'une utilisation dans une pièce d'horlogerie, le ruban doit de préférence être réalisé dans un alliage amorphe ou essentiellement amorphe avec l'épaisseur requise pour atteindre les propriétés fonctionnelles et pour être initialement ductile en flexion. En effet, au-delà d'une certaine épaisseur, le ruban peut montrer un comportement fragile en flexion, ce qui dégraderait la fiabilité du ressort. During their research, the inventors have also found that to achieve a functional spring, that is to say guaranteeing a certain restoring torque and good reliability when used in a timepiece, the ribbon must preferably be made of an amorphous or essentially amorphous alloy with the thickness required to achieve the functional properties and to be initially ductile in flexion. Indeed, beyond a certain thickness, the ribbon can show a fragile behavior in bending, which would degrade the reliability of the spring.
Pour obtenir un ressort horloger à hautes performances, comme un ressort de barillet, l'épaisseur du ruban sera avantageusement d'au moins 50μπι, car des épaisseurs plus faibles ne permettent pas d'obtenir un couple de rappel suffisant. De même, l'épaisseur sera avantageusement d'au
To obtain a high-performance clock spring, such as a mainspring, the thickness of the ribbon will advantageously be at least 50 μm, since smaller thicknesses do not make it possible to obtain a sufficient return torque. Likewise, the thickness will advantageously be from
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on obtient à la fois une faible épaisseur et un caractère amorphe par hypertrempe, soit en projetant l'alliage métallique liquide apte à former le verre métallique sur un
substrat froid et en mouvement, tel qu'un cylindre tournant, éventuellement un cylindre tournant refroidi à l'eau. According to an advantageous embodiment of the invention, one obtains both a small thickness and an amorphous character by hypertrempe, or by projecting the liquid metal alloy capable of forming the metallic glass on a cold and moving substrate, such as a rotating cylinder, possibly a rotating cylinder cooled with water.
Une telle projection peut être réalisée par exemple en mettant en œuvre une méthode telle que le « Planar flow casting », le « Melt-spinning » et le « Twin roll casting ». Such a projection can be achieved for example by implementing a method such as "Planar flow casting", "Melt-spinning" and "Twin roll casting".
De préférence, les paramètres de la projection et du refroidissement sont choisis de façon à obtenir une vitesse de refroidissement de l'alliage métallique liquide supérieure à 10000°C/s. Une telle vitesse de refroidissement, obtenue par hypertrempe, favorise en effet la ductilité par la formation de « volume libre » dans la structure du verre métallique . Preferably, the parameters of the projection and the cooling are chosen so as to obtain a cooling rate of the liquid metal alloy greater than 10000 ° C./s. Such a cooling rate, obtained by hyper-quenching, indeed favors the ductility by the formation of "free volume" in the structure of the metallic glass.
Les vitesses de refroidissement obtenues en utilisant une technique de moulage, comme par exemple l'injection de l'alliage métallique liquide dans un moule de cuivre, sont nettement plus faibles et ne permettent pas, pour les verres métalliques à haute limite élastique dont nous avons connaissance, d'obtenir à la fois une épaisseur et une ductilité suffisantes à la bonne fonction d'un ressort horloger hautes performances. The cooling rates obtained using a molding technique, such as for example the injection of the liquid metal alloy into a copper mold, are significantly lower and do not allow, for high-strength metal glasses of which we have knowledge, to obtain both a sufficient thickness and ductility to the good function of a high performance watch spring.
De plus, il est souhaitable que la projection soit effectuée de façon à obtenir un ruban monolithique ayant une épaisseur comprise entre 50 et 150 μπι, préférablement entre 50 et 120μιτι, et plus préférablement entre 50 et 100 μπι. Le verre métallique obtenu dans ces conditions est alors clairement différent du verre métallique massif (« Bulk metallic glass (BMG) ») dont l'épaisseur est supérieur à 1 mm. In addition, it is desirable that the projection is performed so as to obtain a monolithic ribbon having a thickness between 50 and 150 μπι, preferably between 50 and 120μιτι, and more preferably between 50 and 100 μπι. The metal glass obtained under these conditions is then clearly different from solid metallic glass ("Bulk metallic glass (BMG)") whose thickness is greater than 1 mm.
Dans le cas du ressort de barillet, le ressort ne peut pas être utilisé directement après la coulée sous forme de ruban rectiligne, mais doit être mis en forme pour pouvoir développer le couple désiré, comme décrit dans le document WO 2010/000081A1. Il faut donc pourvoir mettre en forme le ruban
afin qu'il prenne une forme libre donnée, avant les étapes d' estrapadage et d' armage dans un barillet. In the case of the mainspring, the spring can not be used directly after the casting in the form of straight ribbon, but must be shaped in order to develop the desired torque, as described in WO 2010/000081A1. We must therefore be able to format the ribbon so that it takes a given free form, before the stages of strapping and winding in a barrel.
En ce qui concerne la mise en forme du ruban monolithique en verre métallique, la déformation plastique est avantageusement réalisée à température ambiante et sous atmosphère ambiante. Cette déformation plastique ne doit pas dégrader les propriétés mécaniques du ruban, de façon à permettre sa sollicitation mécanique répétée, par exemple dans un barillet. As regards the shaping of the monolithic ribbon of metal glass, the plastic deformation is advantageously carried out at ambient temperature and under ambient atmosphere. This plastic deformation must not degrade the mechanical properties of the tape, so as to allow its repeated mechanical stress, for example in a barrel.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, en plus de la courbure réalisée par déformation plastique, une courbure supplémentaire est réalisée en déformant le ruban élastiquement , par exemple dans un posage, et en fixant la nouvelle forme obtenue avec un traitement thermique à une température et pendant une durée ne conduisant pas à une fragilisation du ressort. Cette courbure supplémentaire peut en particulier être réalisée sur les parties du ruban qui ne sont pas courbées par déformation plastique. Le traitement thermique peut être" réalisé avant ou après la déformation plastique, avantageusement avant la déformation plastique, en particulier si le traitement thermique affecte la zone déformée plastiquement . According to an advantageous embodiment of the invention, in addition to the curvature formed by plastic deformation, an additional curvature is achieved by deforming the tape elastically, for example in a setting, and fixing the new shape obtained with a heat treatment to a temperature and for a duration not leading to weakening of the spring. This additional curvature can in particular be carried out on the portions of the ribbon which are not curved by plastic deformation. The heat treatment may be "carried out before or after the plastic deformation, preferably before plastic deformation, in particular if the heat treatment affects the plastically deformed zone.
Les température et durée de traitement (recuit) appropriées sont choisies dans une fenêtre de température et de durée dans laquelle l'alliage dudit verre métallique conserve son comportement ductile en flexion. Cette fenêtre correspond ainsi dans la pratique à une déformation à la rupture supérieure à 2%. Ces conditions permettent d'atteindre les objectifs suivants : The appropriate temperature and treatment time (annealing) are chosen in a temperature and duration window in which the alloy of said metal glass retains its ductile flexural behavior. This window thus corresponds in practice to a deformation at break greater than 2%. These conditions make it possible to achieve the following objectives:
i) allonger la durée de traitement limite avant fra¬ gilisation, ii) fixer la forme, iii) maintenir les propriétés mécaniques obtenues après fabrication du ruban (dureté et ductilité) et iv) éviter la cristallisation.
Exemple 1 i) lengthen the duration of treatment limit before fra ¬ gilisation, ii) fix the shape, iii) maintain the mechanical properties obtained after manufacture of the tape (hardness and ductility) and iv) avoid crystallization. Example 1
Des rubans de Ni53Nb2oZr8TiioCo6Cu3 (limite élastique : 2600MPa) ont été réalisés par «planar flow casting», qui consiste à former un écoulement de métal liquide sur une roue refroidie. De 10 à 20g d'alliage sont placés dans une buse de distribution chauffée entre 1050 et 1150°C. La largeur de fente de la buse se situe entre 0,2 et 0,8mm. La distance entre la buse et la roue est entre 0,1 et 0,3mm. La roue sur laquelle l'alliage en fusion est déposé est une roue en alliage de cuivre et entraînée à une vitesse de 5 à 20m/s. La pression exercée pour faire sortir l'alliage en fusion à travers la buse se situe entre 10 et 50kPa. Le tableau 1 suivant donne les caractéristiques de trois rubans obtenus. Tapes of Ni 5 3Nb2oZr 8 TiioCo 6 Cu 3 (yield strength: 2600MPa) were made by "planar flow casting", which consists in forming a flow of liquid metal on a cooled wheel. From 10 to 20 g of alloy are placed in a dispensing nozzle heated between 1050 and 1150 ° C. The slit width of the nozzle is between 0.2 and 0.8mm. The distance between the nozzle and the wheel is between 0.1 and 0.3mm. The wheel on which the molten alloy is deposited is a copper alloy wheel and driven at a speed of 5 to 20m / s. The pressure exerted to bring the molten alloy out through the nozzle is between 10 and 50kPa. Table 1 below gives the characteristics of three ribbons obtained.
Tableau 1 - Caractéristiques de trois rubans utilisés en alliage i53Nb2oZr8 iioCo6Cu3 Table 1 - Characteristics of three ribbons used in alloy i 5 3Nb2oZr 8 iioCo6Cu3
Les propriétés thermiques ont été mesurées par DSC Thermal properties were measured by DSC
( Differential Scanning Calorimetry) sur Setaram Setsys(Differential Scanning Calorimetry) on Setaram Setsys
Evolution 1700 à 10°C/min sous Ar 20ml/min : Evolution 1700 at 10 ° C / min under Ar 20ml / min:
· Tg = 558°C ± 2 °C · Tg = 558 ° C ± 2 ° C
• ■ Tx = 606°C ± 1 °C • ■ Tx = 606 ° C ± 1 ° C
Tg et Tx sont peu influencées par les conditions d'élaboration des rubans. Tg and Tx are little influenced by the conditions of elaboration of the ribbons.
Pour déterminer le coefficient de fixage de la forme du ressort, on enroule un ruban dans une bague de diamètre intérieur Do et on mesure le diamètre que prend le ruban après le traitement thermique dans son état libre, ou
diamètre « fixé » Df. Le coefficient de fixage est calculé par le rapport- entre le diamètre à l'état totalement relaxé, supposé égal au diamètre intérieur de la bague Do, et le diamètre de courbure du ruban fixé Df. To determine the fixing coefficient of the shape of the spring, a ribbon is wound in a ring of internal diameter C 0 and the diameter taken by the ribbon after the heat treatment is measured in its free state, or diameter "fixed" D f . The fixing coefficient is calculated by the ratio between the fully relaxed diameter, assumed to be equal to the inside diameter of the ring C, and the diameter of curvature of the fixed tape D f .
On a effectué des recuits de relaxation de fixage de la forme sur des rubans de 30mm de longueur, enroulés à l'intérieur de bagues en aluminium de diamètre intérieur égal à 7.8mm, ce qui est proche des diamètres de courbure typiques d'un ressort de barillet. Un four à résistance Logotherm® en atmosphère ambiante a été utilisé. Les bagues sont déposées sur des plots en alumine thermostatisés , au centre du four, afin de garantir l'homogénéité de la température et la transmission rapide de la chaleur. La durée de traitement est décomptée depuis l'instant de fermeture de la porte du four. Une seconde avant la fin du compte à rebours, on prend la bague à l'aide d'une pince et on la trempe très rapidement dans environ 2 litres d'eau à température ambiante. Form fixing relaxation annealing was performed on 30mm long tapes wound inside aluminum rings with an internal diameter of 7.8mm, which is close to typical spring bending diameters. barrel. A Logotherm® resistance furnace in ambient atmosphere was used. The rings are placed on thermostatic alumina studs in the center of the oven to ensure temperature homogeneity and rapid heat transfer. The treatment time is counted from the moment of closure of the oven door. One second before the end of the countdown, we take the ring with a pair of pliers and soak it very quickly in about 2 liters of water at room temperature.
Une fois le ruban refroidi, le diamètre de courbure du ruban relaxé est mesuré avec un pied à coulisse avec une précision de 0.2mm. Once the tape has cooled down, the bending diameter of the relaxed tape is measured with a vernier caliper with an accuracy of 0.2mm.
Pour évaluer le caractère ductile ou fragile du ruban en flexion, on place le ruban fixé entre les deux surfaces parallèles du pied à coulisse comme dans un essai de flexion 2 points. L'écartement à rupture est noté en rapprochant lentement les deux surfaces parallèles du pied à coulisse. To evaluate the ductile or brittle nature of the bending tape, the tape attached between the two parallel surfaces of the caliper is placed as in a 2-point bend test. The gap at break is noted by slowly bringing the two parallel surfaces of the caliper closer together.
Pour déterminer la déformation à rupture du ruban ou de la lame, il faut tenir compte du fait que la courbure d'une lame pliée à 180° entre deux surfaces parallèles à une distance B l'une de l'autre n'est pas de rayon constant. Elle passe par un maximum situé à l'apex. Le rayon de courbure à l'apex est lié à l'écartement par la relation suivante, et ne dépend pas des propriétés du matériau ni des dimensions du ruban :
Équation 1 avec α = 0.835 To determine the deformation at break of the ribbon or blade, it must be taken into account that the curvature of a blade bent at 180 ° between two parallel surfaces at a distance B from each other is not constant radius. It goes through a maximum located at the apex. The radius of curvature at the apex is related to the spacing by the following relation, and does not depend on the properties of the material nor the dimensions of the ribbon: Equation 1 with α = 0.835
La déformation à l'apex s'exprime approximativement par e e Apex deformity is expressed approximately as e
Équation 2 ε = Equation 2 ε =
2R aB 2R aB
Pour un ruban avec une courbure initiale K0 = 1/Ro non- nulle, la déformatio à la fibre externe devient : For a ribbon with an initial curvature K 0 = 1 / non-zero Ro, the deformatio to the external fiber becomes:
Équation 3Equation 3
On obtient la déformation maximale avant rupture εΓ avec l'écartement à rupture Br et la courbure initiale (0.5 Do) -1We obtain the maximum deformation before rupture ε Γ with the breaking gap B r and the initial curvature (0.5 Do) -1
Lorsque Br devient égal à 2*e, la déformation est limitée à 1. When B r becomes 2 * e, the deformation is limited to 1.
L'échantillon est jugé fragile si la déformation à rup¬ ture est inférieure à 2% (sans aucune déformation plastique préalable) . The sample is considered fragile if the deformation at rup ¬ ture is less than 2% (without any prior plastic deformation).
La figure 1 représente le comportement mécanique des rubans d'alliage Ni53Nb2oZr8Tii0Co6Cu3 d'une épaisseur de 81 microns aux différentes températures et durées de recuit auxquelles ils ont été soumis. On constate qu'il existe une fenêtre de paramètres de recuit ne fragilisant pas les rubans. Cette fenêtre est suffisamment grande pour permettre la mise en forme de façon reproductible. La durée limite augmente en diminuant la température. Pour un recuit dans un four, il faut se placer dans le cas de cet alliage à plus de 50°, avantageusement 100°C, en-dessous de Tg pour disposer d'un temps convenable du point de vue technologique, soit une durée de plusieurs minutes au moins. Avec un chauffage à air chaud suivi d'une trempe, le temps de traitement convenable du point de vue technologique est plus court (inférieur à la minute) et la température pourra être en conséquence plus élevée .
Comme la relaxation des contraintes suite au fixage de la forme n'est pas complète, .la forme après traitement de fixage est dilatée par rapport à la forme imposée lors du recuit. Il a été remarqué que les coefficients de fixage Do/Df pour une température donnée étaient alignés sur une courbe d'allure sigmoïde et que la courbe pouvait être modélisée par l'équation (4), qui est un modèle qui a été utilisé pour décrire certains aspects de la relaxation des verres métalliques, notamment par Fan et al (Acta Materialia 52 (2004) 667-674) : FIG. 1 represents the mechanical behavior of the Ni 5 3Nb 2 O Zr 8 Tii 0 Co 6 Cu 3 alloy strips at a thickness of 81 microns at the different temperatures and annealing times to which they have been subjected. It can be seen that there is a window of annealing parameters that does not weaken the ribbons. This window is large enough to allow formatting reproducibly. The time limit increases by decreasing the temperature. For annealing in an oven, it is necessary to place in the case of this alloy at more than 50 °, advantageously 100 ° C., below Tg to have a suitable time from the technological point of view, ie a duration of several minutes at least. With hot air heating followed by quenching, the technologically suitable treatment time is shorter (less than one minute) and the temperature may be accordingly higher. As stress relaxation following the fixing of the form is not complete. the form after fixing treatment is dilated with respect to the shape imposed during the annealing. It was noted that the fixing coefficients Do / D f for a given temperature were aligned on a sigmoidal curve and that the curve could be modeled by equation (4), which is a model that was used to describe some aspects of the relaxation of metallic glasses, in particular by Fan et al (Acta Materialia 52 (2004) 667-674):
Equation 4Equation 4
où β et t0 sont des constantes. where β and t 0 are constants.
La relaxation de la courbure est plus rapide pour un ruban fin que pour un ruban épais. On a constaté que l'évolu¬ tion de la courbure ne dépend pas du diamètre imposé, ce qui permet d'avoir un seul coefficient de fixage D0/Df pour la mise en forme d'un ressort à courbure variable. Les compor¬ tements représentés à la figure 2 (a) montrent que plus la température est élevée, plus la relaxation est rapide. The relaxation of the curvature is faster for a thin ribbon than for a thick ribbon. It was found that the Evolu ¬ curvature does not depend on forced diameter, which allows to have a single fixing coefficient D 0 / D f for the shaping of a deflection adjusting spring. The COMPOR ¬ apparel depicted in Figure 2 (a) show that the higher the temperature, the higher the relaxation is fast.
La nature essentiellement amorphe des rubans bruts et recuits a été confirmée par diffraction de rayons X. Deux recuits ont été analysés: le premier dans le domaine ductile (430°C/30min) et le second dans le domaine fragile ( 530 °C/10min) . Ainsi, on ne détecte pas de phase cristalline dans aucun des échantillons. Il faut cependant relever que cette technique de caractérisation ne permettrait pas de détecter avec certitude la présence de nanocristaux, qui n'est donc pas exclue. D'autre part ces nanocristaux peuvent parfois jouer un rôle favorable pour les propriétés mécaniques des verres métalliques.
Il ressort des figures 1 et 2a que plus la température est élevée, plus la transition ductile-fragile a lieu à des coefficients de fixage élevés. Ainsi, pour l'alliage Ni53 b2oZr8 iioCo6Cu3, seules des températures proches de la transition vitreuse permettent de fixer la forme à plus de 95% sans fragilisation. The essentially amorphous nature of the raw and annealed ribbons was confirmed by X-ray diffraction. Two anneals were analyzed: the first in the ductile domain (430 ° C / 30min) and the second in the brittle domain (530 ° C / 10min ). Thus, no crystalline phase is detected in any of the samples. It should be noted, however, that this characterization technique would not allow to detect with certainty the presence of nanocrystals, which is not excluded. On the other hand, these nanocrystals can sometimes play a favorable role for the mechanical properties of metallic glasses. It is apparent from Figures 1 and 2a that the higher the temperature, the more ductile-brittle transition occurs at high fixing coefficients. Thus, for the Ni 53 b 2 ozr 8 iioCo 6 Cu 3, only near the glass transition temperatures allow to fix the shape of more than 95% without embrittlement.
Exemple 2 Example 2
Les figures 3a, 3b représentent respectivement des cour- bes de fixage et de déformation à rupture pour un ruban de 68 μτα d'épaisseur en un alliage amorphe Nx6o a4o (at.%, limite élastique : 2900MPa) , dont la Tg=740°C et la Tx=768°C. Ces courbes résultant de tests à 520° et 570°C montrent que le comportement de fixage est similaire à celui de l'alliage Ni53Nb2oZr8TiioCo6Cu3 et qu'à 520°C, la fragilisation n'a pas été atteinte pour les durées testées (jusqu'à 30 minutes) . FIGS. 3a, 3b respectively show fixing and breaking deformation curves for a 68 μτα thick ribbon made of an amorphous Nx 6 oa 4 o (at.%, Elastic limit: 2900 MPa) alloy, whose Tg = 740 ° C and Tx = 768 ° C. These curves resulting from tests at 520 ° and 570 ° C show that the fixing behavior is similar to that of the alloy Ni 53 Nb 2 oZr 8 TiCo 6 Cu 3 and that at 520 ° C, embrittlement does not occur. reached for the durations tested (up to 30 minutes).
Exemple 3 Example 3
Les figures 4a, 4b représentent respectivement des cour- bes de fixage et de déformation à rupture pour un ruban de 73 μηα d'épaisseur en un alliage NÎ6o bio a3o (limite élastique : 2700MPa), dont la Tg=721°C et la Tx=747°C. Ces courbes montrent également que le comportement est comparable à celui des deux précédents alliages. FIGS. 4a and 4b respectively show fixing and breaking deformation curves for a 73 μηα thick strip made of an organic N 2 O 3 alloy (elastic limit: 2700 MPa), whose Tg = 721 ° C. C and Tx = 747 ° C. These curves also show that the behavior is comparable to that of the two previous alloys.
Les résultats reportés sur ces différents diagrammes permettent de faire deux observations : i) il est possible de donner une courbure à un ruban en verre métallique par un fixage en-dessous de sa température de transition vitreuse et ii) il existe un domaine de température et de durée de traitement dans lequel l'alliage reste ductile. The results reported on these diagrams make two observations: i) it is possible to give a curvature to a metal glass ribbon by fixing below its glass transition temperature and ii) there is a temperature range and of treatment time in which the alloy remains ductile.
Le comportement sigmoïde de la dilatation et de déformation à rupture en fonction du temps ou durée de recuit, observé sur les rubans en Ni53Nb2oZr8TiioCo6Cu3, est similaire à
celui des autres alliages testés. Ce comportement a aussi été observé sur des alliages à base Fe et/ou Co, dont certains ne montrent pas de Tg ou ont une Tg>Tx. On peut donc admettre que ce comportement est généralisable à d'autres alliages en verres métalliques, et n'est donc pas limité aux alliages à base Ni et/ou à ceux qui montrent une Tg<Tx. The sigmoidal behavior of the expansion and deformation at break as a function of time or annealing time, observed on the strips of Ni 53 Nb 2 OZr 8 TiCo 6 Cu 3 , is similar to that of the other alloys tested. This behavior has also been observed on Fe- and / or Co-based alloys, some of which do not show Tg or have Tg> Tx. It can therefore be assumed that this behavior is generalizable to other metal-glass alloys, and is therefore not limited to Ni-based alloys and / or those that exhibit a Tg <Tx.
En règle générale, un alliage doit répondre à une condition nécessaire pour que la mise en forme en-dessous de Tg, respectivement en-dessous de Tx pour un alliage ne montrent pas de Tg ou avec Tg>Tx, soit utilisable pour un ressort: la superposition des fenêtres de «fixage» et de «ductilité». Dans les cas présentés, le temps nécessaire pour fixer la forme est nettement inférieur au temps limite qui correspond au passage à un état fragile. As a general rule, an alloy must satisfy a necessary condition so that the shaping below Tg, respectively below Tx for an alloy does not show Tg or with Tg> Tx, can be used for a spring: the superimposition of "fixing" and "ductility" windows. In the cases presented, the time required to fix the shape is significantly less than the time limit which corresponds to the transition to a fragile state.
On a déjà mentionné que le coefficient de fixage dépendait de l'épaisseur du ruban mais pas de la courbure imposée. Les inventeurs ont vérifié qu'il est possible d'obtenir la forme libre théorique d'un ressort de barillet en utilisant un seul coefficient de fixage en réalisant un posage en cuivre. Une fente de 0.3 mm d'épaisseur a été électroérodée dans une plaque de cuivre de 1.5 mm d'épaisseur, avec un profil correspondant à la forme libre désirée du ressort mais avec les rayons de courbure contractés à 60% pour tenir compte de la dilatation Do/Df, tout en maintenant la longueur des différents segments de la forme libre à 100%. It has already been mentioned that the fixing coefficient depends on the thickness of the ribbon but not on the imposed curvature. The inventors have verified that it is possible to obtain the theoretical free form of a mainspring using a single fixing coefficient by performing a copper setting. A 0.3 mm thick slit was electroeroded in a 1.5 mm thick copper plate, with a profile corresponding to the desired free shape of the spring but with curvature radii contracted to 60% to account for expansion Do / D f , while maintaining the length of the different segments of the free form at 100%.
On a mis un ruban en verre métallique dans la fente du posage en lui faisant subir une déformation élastique et on a procédé au traitement de fixage dans un four sous atmosphère ambiante entre deux plots en céramique thermostatisés à 430 °C, durant 3 min, suivi de la trempe du posage. Ce traitement correspond à un fixage à Do/Df=60% selon les abaques obtenus par fixage en bague. Le ruban, une fois sorti
de son posage, montre une forme libre correspondant presque parfaitement à la forme libre désirée. Les figures 5a, 5b représentent respectivement la forme libre désirée et la forme libre avec les courbures contractées à 60% du posage. A metal glass ribbon was placed in the slit of the installation by making it undergo an elastic deformation and the fixing process was carried out in an oven under ambient atmosphere between two ceramic studs thermostated at 430 ° C., for 3 min, followed by the tempering of the pose. This treatment corresponds to a fixing at C / D f = 60% according to the abaques obtained by ring fixing. The ribbon, once out of his pose, shows a free form corresponding almost perfectly to the desired free form. Figures 5a, 5b respectively represent the desired free shape and the free form with the curvatures contracted at 60% of the setting.
Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé, le ressort est mis en forme non pas dans un four mais par jet de gaz chaud. Un appareil de type « Sylvania Heater SureHeat Jet 074719 » d'une puissance de 8kW est utilisé pour chauffer de l'air comprimé et le projeter contre le posage contenant le ruban. L'appareil permet de chauffer un gaz (air, ou un gaz neutre comme argon, azote ou hélium) jusqu'à 700°C, le ruban étant inséré dans la fente du posage de cuivre par déformation élastique comme précédemment. According to another embodiment of the method, the spring is shaped not in an oven but by hot gas jet. A device of type "Sylvania Heater SureHeat Jet 074719" with a power of 8kW is used to heat compressed air and project it against the setting containing the tape. The apparatus makes it possible to heat a gas (air, or a neutral gas such as argon, nitrogen or helium) up to 700 ° C., the ribbon being inserted into the slot of the copper setting by elastic deformation as previously.
Le posage en cuivre est placé perpendiculairement face au tube de distribution du gaz chaud. Il pourrait aussi être maintenu avec une certaine inclinaison, par exemple de 45°. Le posage est monté sur un système de guidage linéaire à trois positions permettant de i) placer le posage en cuivre en position haute, hors de portée du jet de gaz ii) le positionner dans le jet de gaz chaud et iii) le tremper immédiatement dans un liquide de refroidissement, comme de l'eau par exemple, en fin de traitement à chaud. The copper installation is placed perpendicular to the hot gas distribution tube. It could also be maintained with a certain inclination, for example 45 °. The fixture is mounted on a three-position linear guiding system for i) placing the copper fixture in a raised position, out of range of the gas jet ii) positioning it in the hot gas jet and iii) immersing it immediately in a cooling liquid, such as water for example, at the end of hot treatment.
Selon encore d'autres modes de mise en œuvre du procédé, le posage contenant le ruban est placé dans un four sous vide, ou entre deux plaques de céramique chauffantes, ces modes étant donnés à titre d'exemples non limitatifs. La mise en forme peut également être réalisée en deux ou plusieurs étapes de traitement thermique. According to still other embodiments of the method, the setting containing the tape is placed in a vacuum oven, or between two ceramic hot plates, these modes being given by way of non-limiting examples. The shaping can also be carried out in two or more stages of heat treatment.
Jusqu'ici, nous avons considéré uniquement le fait de fixer une forme désirée à un ruban initialement sensiblement droit, c'est-à-dire sans autre courbure que celle résultant
de la fabrication du ruban. La forme donnée correspond précisément à la forme des courbures négatives, respectivement positives d'un ressort de barillet autour d'un point d'inflexion. Cependant, les parties aux deux extrémités sont enroulées à l'intérieur d'évidements circulaires dans le posage rendus nécessaires par les limitations dues à l'épaisseur de la fente devenue supérieure à l'espace inter-spires de la forme libre désirée ; elles ne peuvent donc pas suivre la forme désirée sur toute la longueur du ressort. So far, we have considered only the fact of fixing a desired shape to a ribbon initially substantially straight, that is to say without any other curvature than that resulting the manufacture of the ribbon. The shape given corresponds precisely to the shape of the negative or positive curvatures of a mainspring around a point of inflection. However, the parts at both ends are wound inside circular recesses in the pose made necessary by the limitations due to the thickness of the slit become greater than the inter-turn space of the desired free shape; they can not follow the desired shape along the length of the spring.
Avec un ruban en alliage cristallin pour ressorts communément employé, comme par exemple le Nivaflex®, l'obtention de la forme désirée pourrait se faire par déformation plastique à froid. C'est notamment le cas pour l'extrémité interne du ressort (« coquillon », étape de « coquillonnage ») . Il est en effet nécessaire d'arrimer le ressort à l'arbre de barillet : comme la courbe théorique du ressort donne des rayons de courbure plus grands que celui de l'arbre, il devient nécessaire de lier la courbure que forme le ressort autour de l'arbre, à la courbure théorique, par une déformation à froid du ressort. With a crystalline alloy ribbon for springs commonly used, such as for example Nivaflex®, obtaining the desired shape could be done by cold plastic deformation. This is particularly the case for the inner end of the spring ("shells", "shelling" stage). It is indeed necessary to secure the spring to the barrel shaft: as the theoretical curve of the spring gives larger radii of curvature than that of the shaft, it becomes necessary to bind the curvature formed by the spring around the shaft, at the theoretical curvature, by a cold deformation of the spring.
Cependant, cette étape ne peut pas être transposée directement aux rubans en verre métallique : comme indiqué plus haut, la déformation plastique des verres métalliques est fortement déconseillée. However, this step can not be transposed directly to the metal glass ribbons: as indicated above, the plastic deformation of the metal glasses is strongly discouraged.
Il a été constaté avec surprise qu'une mise en forme du ruban par déformation plastique était possible, pour les différents alliages testés, sans rupture fragile du ruban et sans qu' elle porte atteinte aux propriétés mécaniques du ruban mis en forme. Un tel ruban peut alors être utilisé comme ressort, en particulier comme ressort à hautes performances, plus particulièrement comme ressort de barillet .
Cette constatation inattendue permet ainsi de donner les formes définitives désirées par déformation plastique à froid, avant ou après un éventuel traitement thermique de fixage. Cette mise en forme par déformation plastique peut être limitée au coquillon (extrémité interne, voir ci- dessous) , mais peut aussi être réalisée sur une partie plus étendue du ressort, voire même sur l'entier de la forme donnée au ressort. Surprisingly, it was found that plastic deformation of the ribbon was possible for the various alloys tested, without fragile breaking of the ribbon and without affecting the mechanical properties of the shaped ribbon. Such a ribbon can then be used as a spring, in particular as a high performance spring, more particularly as a mainspring. This unexpected finding thus makes it possible to give the desired final shapes by cold plastic deformation before or after a possible heat treatment for fixing. This shaping by plastic deformation can be limited to the shell (internal end, see below), but can also be performed on a larger part of the spring, or even on the whole of the shape given to the spring.
Notons ici que le pigeonneau (découpe à l'extrémité interne du ressort qui permet de l'accrocher à l'ergot de la bonde de l'arbre de barillet) est découpé par étampage de façon traditionnelle. D'autres modes d'attache du ressort à l'arbre de barillet peuvent bien entendu être utilisés, comme le soudage. Note here that the squab (cut at the inner end of the spring which allows it to hang on the pin of the plug of the barrel shaft) is cut by stamping in a traditional way. Other methods of attaching the spring to the barrel shaft can of course be used, such as welding.
Une bride glissante destinée à être fixée à l'extrémité externe du ressort est réalisée dans une bande de 110 μιη d'épaisseur du même alliage que celui du ruban, obtenue par la même technique de « planar flow casting » et mise en forme par déformation plastique à froid (voir ci-dessous) afin de lui donner la courbure typique d'une bride glissante pour ressort de barillet à remontage automatique. Le soudage s'effectue par résistance (par point) comme habituellement. D'autres modes de fixage sont bien entendus aussi envisageables, comme le soudage laser par exemple. A sliding flange intended to be fastened to the outer end of the spring is made in a strip of thickness 110 μιη of the same alloy as that of the ribbon, obtained by the same technique of "planar flow casting" and shaped by deformation cold plastic (see below) to give it the typical curvature of a self-winding, self-locking barrel spring flange. The welding is carried out by resistance (by point) as usual. Other fixing modes are of course also conceivable, such as laser welding for example.
La figure 6a montre la caractéristique d'armage et de désarmage d'un ressort en alliage Ni53Nb2oZr8TiioCo6Cu3 de 81μπι d'épaisseur mis en forme par déformation plastique à froid pour l'extrémité interne (coquillon), puis par chauffage par jet de gaz chaud dans un posage tel que décrit ci-dessus, avec des conditions correspondant à un coefficient de fixage de 60%. Le ressort donne un comportement entièrement satisfaisant, permettant d'atteindre le couple et le nombre de tours visés, et montre un bon comportement en fatigue.
Cependant, le ressort mesuré à la figure 6a comporte un coquillon formé par déformation plastique à froid sur une longueur plus ou moins grande (de typiquement 40mm dans le cas de la figure 6a) avec une bonne reproductibilité, et le ressort de barillet obtenu montre de bonnes performances. Les inventeurs ont donc voulu savoir si la méthode d' obtention de la courbure du coquillon par déformation plastique était applicable à l'ensemble du ressort. FIG. 6a shows the armoring and disarming characteristic of a spring of alloy Ni 53 Nb 2 oZr 8 TiCo 6 Cu 3 of 81μπι of thickness shaped by cold plastic deformation for the internal end (shell), then by heating hot gas jet in a setting as described above, with conditions corresponding to a fixing coefficient of 60%. The spring gives a completely satisfactory behavior, making it possible to reach the desired torque and number of turns, and shows a good fatigue behavior. However, the spring measured in FIG. 6a comprises a shell formed by cold plastic deformation over a greater or lesser length (typically 40 mm in the case of FIG. 6a) with good reproducibility, and the resulting mainspring spring shows good performance. The inventors therefore wanted to know if the method for obtaining the curvature of the shell by plastic deformation was applicable to the entire spring.
La technique de coquillonnage consiste à déformer la lame par martelage. Le réglage de la courbure s'effectue par deux paramètres: le pas de déplacement du ruban entre deux coups de marteau et l'amplitude de la déformation, réglée par l'angle de rotation du marteau autour de son axe. Il est nécessaire d'adapter les paramètres en fonction de l'alliage et de l'épaisseur du ruban. The technique of shelling consists of deforming the blade by hammering. The adjustment of the curvature is effected by two parameters: the step of displacement of the ribbon between two hammer strokes and the amplitude of the deformation, regulated by the angle of rotation of the hammer around its axis. It is necessary to adjust the parameters according to the alloy and the thickness of the ribbon.
La mise en forme par déformation plastique à froid s'effectue en deux temps : d'abord, l'extrémité externe du ruban est introduite afin d'appliquer une courbure négative selon la courbure théorique désirée jusqu'au point d'inflexion. Puis l'extrémité interne est introduite afin d'appliquer une courbure positive selon la courbure théorique. The shaping by cold plastic deformation takes place in two stages: first, the outer end of the ribbon is introduced in order to apply a negative curvature according to the desired theoretical curvature up to the point of inflection. Then the inner end is introduced to apply a positive curvature according to the theoretical curvature.
La figure 6b montre la caractéristique d' armage et de désarmage d'un ressort en alliage Ni53Nb2oZr8Tii0Co6Cu3 de 81μπι d'épaisseur mis en forme par déformation plastique à froid uniquement. Malgré l'absence de fixage par traitement thermique, le comportement du ressort est en tout point comparable à celui de la figure 6a. FIG. 6b shows the armoring and disarming characteristic of a Ni 53 Nb 2 oZr 8 Tii 0 Co 6 Cu 3 alloy spring of 81μπι thickness shaped by cold plastic deformation only. Despite the absence of fixing by heat treatment, the behavior of the spring is in all respects comparable to that of Figure 6a.
La mise en forme de rubans d'alliages en verre métallique par déformation plastique n' est pas limitée au seul alliage Ni53Nb2oZr8 iioCo6Cu3. Par exemple, les alliages des figures 3 et 4 peuvent aussi être mis en forme par déformation plastique. D'autres alliages amorphes de base Ni,
Fe et/ou Co peuvent aussi être mis en forme avec au moins une étape de déformation plastique, et peuvent être soumis à un traitement thermique de fixage pour obtenir une courbure supplémentaire . The shaping of metal glass alloy ribbons by plastic deformation is not limited to the alloy only Ni 53 Nb 2 oZr 8 iioCo 6 Cu 3 . For example, the alloys of Figures 3 and 4 can also be shaped by plastic deformation. Other amorphous Ni base alloys, Fe and / or Co may also be shaped with at least one plastic deformation step, and may be heat-treated to obtain additional curvature.
Comme on a pu le voir dans la description qui précède, il est possible de donner une courbure à un ruban d' alliage amorphe métallique à des températures bien inférieures à Tg, respectivement bien inférieures à Tx pour un alliage ne montrant pas de Tg ou avec Tg>Tx, ceci pour plusieurs familles d'alliages amorphes. Le "coefficient de fixage", c'est-à-dire le rapport entre la courbure imposée et la courbure obtenue après traitement thermique, dépend de l'épaisseur du ruban mais ne dépend pas de la courbure imposée, rendant ainsi possible la mise en forme d'un ressort de barillet à courbure variable. Ce coefficient dépend également du moyen de mise en forme utilisé (four, jet de gaz, etc) et des caractéristiques de l'équipement, car la température subie directement par le ruban est difficile à mesurer de façon précise. As can be seen in the foregoing description, it is possible to give a curvature to a ribbon of amorphous metal alloy at temperatures well below Tg, respectively well below Tx for an alloy showing no Tg or with Tg> Tx, this for several families of amorphous alloys. The "fixing coefficient", that is to say the ratio between the imposed curvature and the curvature obtained after heat treatment, depends on the thickness of the tape but does not depend on the curvature imposed, thus making it possible to implement shape of a barrel spring with variable curvature. This coefficient also depends on the shaping means used (furnace, jet of gas, etc.) and the characteristics of the equipment, because the temperature directly under the ribbon is difficult to measure accurately.
De plus, le recuit de fixage ne doit pas rendre le ruban fragile et il doit donc se faire à une température et pendant une durée inférieures au point de fragilisation. Selon notre expérience, plusieurs alliages amorphes à base Ni comme mentionné ici, mais également à base Fe ou Co, montrent une résistance à la fragilisation au recuit suffisante pour leur appliquer une mise en forme à chaud. In addition, the fixing annealing must not make the ribbon fragile and must therefore be at a temperature and for a period less than the point of weakness. In our experience, several Ni-based amorphous alloys as mentioned herein, but also based on Fe or Co, exhibit sufficient annealing embrittlement resistance to apply hot forming to them.
Ce qui précède implique que pour un alliage possédant une bonne fenêtre de mise en forme, plusieurs traitements peuvent mener au même taux de fixage de la forme. On peut ainsi choisir les conditions de traitement de façon à maximiser les performances du ressort, voire cumuler les traitements ou les combiner avec une ou des déformations plastiques à froid ou à chaud.
Au final, il est possible de fixer la forme de rubans en divers alliages, dont Ni53 b2oZr8TiioCo6Cu3, en déformant plastiquement le ressort près de l'extrémité interne, voire sur toute sa longueur, en complétant le cas échéant la mise en forme par un traitement thermique dans une fenêtre de recuit à une température inférieure à Tg et/ou à Tx, avec un temps de traitement applicable industriellement. Les rubans restent ductiles, ne perdent pas leur résistance mécanique et conservent leur caractère amorphe ou essentiellement amorphe. Ce procédé permet d'obtenir entre autre des ressorts de barillets fonctionnels avec d'excellentes caractéristiques. The above implies that for an alloy having a good formatting window, several treatments can lead to the same rate of fixing of the shape. It is thus possible to choose the treatment conditions so as to maximize the performance of the spring, or even combine the treatments or combine them with one or more plastic deformations cold or hot. Finally, it is possible to fix the form of ribbons in various alloys, including Ni5 3 b2oZr 8 TiioCo 6 Cu3, plastically deforming the spring near the inner end, or over its entire length, supplementing if necessary the implementation shaped by heat treatment in an annealing window at a temperature below Tg and / or Tx, with an industrially applicable treatment time. The ribbons remain ductile, do not lose their mechanical strength and retain their amorphous or essentially amorphous character. This process makes it possible to obtain, among other things, functional barrel springs with excellent characteristics.
Le procédé décrit ci-dessus peut aussi être appliqué à la mise en forme d'autres ressorts que le ressort de barillet, que ce soit pour des composants du mouvement horloger (ressort de sautoir, ou bride glissante pour ressort de barillet, par exemple) ou de l'habillement horloger, boîtier, voire bracelet.
The method described above can also be applied to the shaping of other springs than the mainspring, whether for components of the watch movement (jumper spring, or sliding flange for a mainspring, for example) or watchmaking clothing, case or bracelet.