EP3743538A1 - Axe de pivotement d'un organe reglant - Google Patents

Axe de pivotement d'un organe reglant

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EP3743538A1
EP3743538A1 EP19702055.5A EP19702055A EP3743538A1 EP 3743538 A1 EP3743538 A1 EP 3743538A1 EP 19702055 A EP19702055 A EP 19702055A EP 3743538 A1 EP3743538 A1 EP 3743538A1
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EP
European Patent Office
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axis
manufacturing
heat treatment
regulating member
treatment step
Prior art date
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EP19702055.5A
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EP3743538B1 (fr
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Maxime Danielou
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Richemont International SA
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Richemont International SA
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Publication date
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Publication of EP3743538B1 publication Critical patent/EP3743538B1/fr
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/04—Alloys based on a platinum group metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/06—Alloys based on silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C22F1/14—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of noble metals or alloys based thereon
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    • 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
    • G04B1/00—Driving mechanisms
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    • G04B43/007—Antimagnetic alloys
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials

Definitions

  • the present invention relates to the field of watchmaking. It relates, more particularly, to a pivot axis of a regulating member of a clockwork mechanical movement and more particularly to a pendulum, anchor or escapement axis made of a non-magnetic material.
  • clock-type pivot axes such as a rocker shaft, an anchor rod or an escape pinion consists in carrying out a succession of operations making it possible, from a bar of raw material, to form an axis having precise dimensional characteristics as well as a sufficient mechanical resistance with regard to the envisaged application.
  • the clockwise pivot axes are made in a known manner by machining operations or precision turning, from a carbon martensitic steel bar. These machining operations make it possible to define the functional surfaces necessary for the proper functioning of the axis (clearances, stops, pivots, etc.) and the assembly of the various components (balance seat, bearing surface, bearing surface of the ferrule , etc.).
  • the neckline then undergoes a deburring operation and then one or more heat treatment operations comprising at least one quenching to improve the hardness of the axis and income to improve toughness.
  • a rolling operation of the pivots intended to improve the surface state, the hardness and the geometric precision, is generally carried out during or at the end of manufacturing. The rolling operation can be compared to an operation of grinding and / or polishing the pivots.
  • the pivot axes for example the balance axes, used in a traditional manner in the mechanical clockwork movements are made from carbon martensitic steel bars having addition elements of the type lead and / or manganese.
  • Manganese is generally present in steels in the form of manganese sulphides and allows a regular fragmentation of the cutting chip.
  • Lead tends to bind to non-metallic inclusions present in steel, or is in the form of elementary particles. It acts as a lubricant, reduces the coefficient of friction at the tool / cutting area interface and limits the formation of a material deposit on the cutting edge of the tool.
  • These addition elements therefore have the common objective of improving the machinability of the steel.
  • a steel of this type can be supplied from a large number of suppliers under the name 20AP or 1.1268 + Pb.
  • the lead martensitic steel has, after quenching and tempering treatments, high mechanical properties in adequacy with the stresses encountered by the pivot axes during their operation.
  • the pivots of an axis made of lead martensitic steel have a hardness exceeding 600 HV1 after heat treatment and rolling. Such hardness values guarantee an optimum wear resistance for the oscillator's proper operation over time.
  • lead martensitic steel has a major disadvantage: its sensitivity to magnetism.
  • the environment in which watches operate has has evolved considerably in recent decades. Electronic devices and accessories incorporating permanent magnets have multiplied, exposing the watches, and thus the regulating organs of the latter, magnetic fields increasingly high and more and more frequent.
  • the lead martensitic steel commonly used for the production of balance shafts has a non-negligible residual field after exposure to an external magnetic field.
  • the proximity of the axis with the spiral generally made of ferromagnetic material, makes it a particularly strategic component when it is desired to improve the magnetism resistance of watches.
  • the document CH707503 describes a pivot axis formed of a composite material having a metal matrix comprising at least one metal selected from nickel, titanium, chromium, zirconium, silver, gold, platinum , silicon, molybdenum, aluminum or an alloy thereof, said matrix being charged with hard particles selected from WC, TiC, TaC, TiN, TiCN, Al 2 O 3, ZrO 2, O 2 O 3, SiC, MoSi 2, AlN or a combination of these, in order to limit the sensitivity of the axis to the magnetic fields.
  • the hardness of said composite material is greater than or equal to 1000 HV1.
  • the solution described here is not optimal.
  • Cutting tool machining of metal matrices loaded with hard particles generates premature tool wear. In operation, the pivoting of such an axis in a ruby bearing also generates premature wear at the bearing.
  • Document CH707504 describes a titanium or titanium alloy pivot pin in order to limit its sensitivity to magnetic fields. At least the outer surface of the pivots is partially or fully hardened relative to the axis core to a predetermined depth, the outer surface has a hardness greater than 800 HV1. The solution described here is not optimal. The superficial hardening of the pivots adds a step in the already complex process of obtaining a pendulum axis. In addition, titanium alloys require special precautions during machining, particularly with regard to the risk of fire.
  • the document CH707505 describes a steel pivot axis of the austenitic type, a cobalt alloy of the austenitic type or a nickel alloy of the austenitic type to limit its sensitivity to magnetic fields. At least the outer surface of the pivots is hardened relative to the heart of the axis to a predetermined depth, the outer surface has a hardness greater than 1000 HV1. The solution described here does not seem optimal.
  • the superficial hardening of the pivots adds a step in the already complex process of obtaining a pendulum axis. This hardening occurring after the step or ends of the pivots, the handling precautions taken during this processing step must be important to avoid the risk of marking or bending the pivots.
  • EP3273303 discloses a balance shaft made of a non-magnetic alloy of copper. During the manufacture of the axis, the pivots are rolled or polished in order to remove an extra thickness of material and thus to reach the final dimensions and surface condition. On the other hand, the surface is hardened by means of a heat treatment and / or thermochemical diffusion or ion implantation of other atoms, to a predetermined depth. This alloy, after treatment, may have an interesting hardness, greater than 600 HV, but the treatment processes used are complicated, require specialized equipment and are difficult to control, particularly with regard to ion diffusion.
  • EP3273304 also discloses an axis made of a similar alloy, which is provided with a layer of hard material deposited on its surface. Ideally, it is intended to avoid an additional deposit of surface, which is again complicated to perform and requires specialized equipment.
  • US9194024 discloses an alloy for jewelry, whose composition is chosen to obtain a substantially white color, comparable to platinum alloys. After curing by aging, the alloy reaches a hardness up to about 240 HV, which is insufficient for a watch axis.
  • the object of the present invention is to provide an axis made of a nonmagnetic material as an alternative to the various solutions of the prior art and remedying, at least partially, their disadvantages.
  • the invention relates to a pivot axis of a regulating member of a clockwork mechanical movement made of an alloy comprising or consisting of weight:
  • the invention relates to an alloy of the type consisting of 41% of palladium, 37.5% of silver, 20% of copper, 1% of zinc and 0.5% of platinum.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a pivot axis of a regulating member of a mechanical clockwork movement comprising the following steps:
  • an alloy bar comprising between 25% and 55% of Palladium, between 25% and 55% of Silver, between 10% and 30% of Copper, between 0% and 5% of zinc, between 0% and 2% % of one or more elements selected from rhenium, ruthenium, gold and platinum, and between 0% and 1% of one or more elements selected from boron and nickel;
  • the manufacturing method may further comprise a curing heat treatment step between the machining and surface treatment steps.
  • Fig. 1 is a representation of a pivot axis according to the invention, in the cleavage stage;
  • Fig. 2 is a representation of a pivot axis according to the invention, the rolled stage
  • - Fig. 3 is a representation of a pivot axis according to the invention, in the finished stage;
  • - Fig. 4 is a representation of a pivot axis according to the invention, showing the different thicknesses that may be involved in the process.
  • the invention relates to a pivot axis of a regulating member of a mechanical clockwork movement, and more particularly to a balance beam axis, anchor or escape mobile.
  • the Applicant has identified an alloy family having properties of particular interest for application to axes of mechanical movement regulating member, especially in terms of magnetism and oxidation resistance.
  • the alloys of this family have, by weight:
  • the alloys in question comprise by weight:
  • an alloy of the type consisting of 41% of palladium, 37.5% of silver, 20% of copper, 1% of zinc and 0.5% of platinum does not present an attractive action. detectable when exposed to a permanent magnet. Neither does it exhibit measurable remanent magnetization after exposure to the magnet.
  • Palladium-Silver-Copper alloys exhibit a higher oxidation resistance than that of carbon martensitic steels thanks in particular to the presence of palladium, a chemical element of the platinum group.
  • Palladium makes it possible to improve the following characteristics of the alloy, which are particularly interesting in the case of use for a pivot axis: chemical inertness, resistance to corrosion and oxidation, low coefficient of thermal expansion and mechanical durability.
  • Another aspect of the invention relates to a method of manufacturing a pivot axis of a regulating member which we will now describe the steps.
  • the first step in the process of obtaining an axis according to the invention is to provide a free-cutting bar of the alloy Palladium-Silver-Copper having a composition belonging to the family of alloy such as defined above. Different shades are available from various suppliers. The latter perform the steps of alloying and the steps of shaping the bar (drawing, drawing ...) to provide a bar in the standard dimensions of bar turning. Generally 2-3mm in diameter over 2000-3000mm long. It goes without saying that the chemical composition of the bar will be similar to that of the axis made from this bar.
  • the Vickers hardness of the stretched material for producing the axis according to the invention is of the order of 260-310 HV1. After thermal hardening at 380-420 ° C, the hardness value rises to 460-500HV1. This heat treatment can last between 30 minutes and 2 hours, more particularly between 45 minutes and 1 hour 30 minutes, even more especially for 1 hour, and hardness value after curing remains lower than can be found on a 20AP steel after rolling, typically more than 700HV1.
  • the curing heat treatment can be performed at any time of the process of obtaining the axis.
  • This hardening can be carried out on the receiving bar if the machining requires a high hardness.
  • the hardening is performed after machining and before the step or steps of treatment of the surface state of the axis.
  • the next step in the process of obtaining an axis according to the invention is to shape it by a bar turning step. This is performed in a traditional manner on the same equipment as those used to machine martensitic carbon steel axes according to the prior art. An adaptation of the cutting parameters is necessary in order to optimize the quality and the efficiency of the machining step.
  • the axis of the balance its radius being very small, even at high spindle speed, the cutting speeds achieved during machining are limited.
  • the balance shaft has two zones of small diameter, the pivots 10 located at the ends of the axis as well as several zones of greater diameter forming the body of the axis 20.
  • a cutting speed of 20 to 23 m / min with an advance of 0.0015 mm / rev.
  • a cutting speed of 20 to 23 m / min and an advance of 0.002 mm / rev to 0.005 mm / rev can be used.
  • FIG. 2 illustrates, by way of example, a balance shaft after the bar turning step.
  • Figure 3 illustrates, by way of example, a balance shaft after the polishing step.
  • the bar turning step will make it possible to obtain the profile 2 at the pivot with an excess thickness (e1) with respect to the profile 1.
  • the polishing step will bring the profile of the pivot to its level. final profile 1.
  • the extra thickness (e1) is typically of the order of 2pm to the diameter but can be adapted according to the polishing envisaged (duration, type of abrasive particles used ).
  • an excess thickness (e2) corresponding to the amount of material removed during this step grinding or rolling must be added to the workpiece or to the pivots at the bar turning stage.
  • the extra thickness (e2) is typically of the order of 20 ⁇ m over the length and 5 ⁇ m over the diameter but can be adapted in rolling or grinding function envisaged.
  • the turning must therefore be at the level of the profile 3, as shown in Figure 4.
  • the rolling will bring the pivot at the level of the profile 2 as shown in Figure 4.
  • a treatment of the surface condition may be added at the end of the process to get Profile 1.

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Abstract

L'invention concerne un axe de pivotement d'un organe réglant de mouvement mécanique horloger réalisé en un matériau comprenant en poids : - entre 25% et 55% de palladium - entre 25% et 55% d'argent - entre 10% et 30% de cuivre - entre 0% et 5% de zinc - entre 0% et 2% d'un ou plusieurs éléments choisis parmi rhénium, ruthénium, or et platine - entre 0% et 1% d'un ou plusieurs éléments choisis parmi bore et nickel.

Description

Description
Axe de pivotement d’un organe réglant
Domaine technique
[0001] La présente invention se rapporte au domaine de l'horlogerie. Elle concerne, plus particulièrement, un axe de pivotement d’un organe réglant d’un mouvement mécanique d’horlogerie et plus particulièrement encore un axe de balancier, d’ancre ou de mobile d’échappement réalisé dans un matériau amagnétique.
Etat de la technique
[0002] La fabrication des axes de pivotement horloger type axe de balancier, tige d’ancre ou pignon d’échappement consiste à réaliser une succession d’opérations permettant, à partir d’une barre de matière brute, de former un axe ayant des caractéristiques dimensionnelles précises ainsi qu’une résistance mécanique suffisante au regard de l’application envisagée.
[0003] De par leur forme générale de révolution, les axes de pivotement horlogers sont réalisés de manière connue par des opérations de décolletage ou tournage de précision, à partir d’une barre en acier martensitique au carbone. Ces opérations d’usinage permettent de définir des surfaces fonctionnelles nécessaires au bon fonctionnement de l’axe (dégagements, butées, pivots...) et à l’assemblage des différents composants (assise de balancier, portée du plateau, portée de la virole, etc.). L’axe décolleté subit ensuite une opération d’ébavurage puis, une ou plusieurs opérations de traitement thermique comprenant au moins une trempe pour améliorer la dureté de l’axe et un revenu pour en améliorer la ténacité. Une opération de roulage des pivots, destinée à améliorer l’état de surface, la dureté et la précision géométrique, est généralement réalisée en cours ou en fin de fabrication. L’opération de roulage peut être comparée à une opération de meulage et/ou polissage des pivots.
[0004] De manière plus spécifique, les axes de pivotement, par exemple les axes de balancier, utilisés de manière traditionnelle dans les mouvements d’horlogerie mécanique sont réalisés à partir de barres en acier martensitique au carbone présentant des éléments d’addition de type plomb et/ou manganèse. Le manganèse est généralement présent dans les aciers sous forme de sulfures de manganèse et permet une fragmentation régulière du copeau de coupe. Le plomb tend à se lier aux inclusions non-métalliques présentes dans l’acier, ou se trouve sous forme de particules élémentaires. Il agit comme lubrifiant, réduit le coefficient de frottement au niveau de l’interface outil/zone de coupe et limite la formation d’un dépôt de matière sur le tranchant de l’outil. Ces éléments d’addition ont donc pour objectif commun l’amélioration de l’usinabilité de l’acier. Un acier de ce type peut être approvisionné chez un grand nombre de fournisseurs sous la dénomination 20AP ou 1.1268+Pb.
[0005] Outre une bonne usinabilité, l’acier martensitique au plomb présente, après des traitements de trempe et de revenu, des propriétés mécaniques élevées en adéquation avec les sollicitations rencontrées par les axes de pivotement lors de leur fonctionnement. Typiquement, les pivots d’un axe réalisé en acier martensitique au plomb présentent une dureté dépassant les 600 HV1 après traitement thermique et roulage. De telles valeurs de dureté garantissent une résistance à l’usure optimale pour le bon fonctionnement de l’oscillateur dans le temps.
[0006] Malgré les avantages d’usinabilité et de résistance mécanique, l’acier martensitique au plomb présente un inconvénient majeur : sa sensibilité au magnétisme. L’environnement dans lequel évoluent les montres, a fortement évolué au cours de dernières décennies. Les appareils électroniques et les accessoires intégrant des aimants permanents se sont multipliés, exposant ainsi les montres, et donc les organes réglant de ces dernières, à des champs magnétiques de plus en plus élevés et de manière de plus en plus fréquente. L’acier martensitique au plomb couramment utilisé pour la réalisation d’axes de balancier présente un champ rémanent non négligeable après exposition à un champ magnétique extérieur. La proximité de l’axe avec le spiral, généralement réalisé en matériau ferromagnétique, en fait un composant particulièrement stratégique lorsque l’on souhaite améliorer la résistance au magnétisme des montres.
[0007] On notera que les aciers martensitiques au carbone sont également sensibles à la corrosion. Cet inconvénient pose problème principalement lors des étapes de fabrication et de stockage des axes. A l’usage, les axes de pivotement du mouvement mécanique restent normalement confinés à l’intérieur de la zone étanche de la montre, ce qui ne représente pas un milieu particulièrement contraignant pour une matière, même oxydable.
[0008] Le document CH707503 décrit un axe de pivotement formé d’un matériau composite ayant une matrice métallique comprenant au moins un métal choisi parmi le nickel, le titane, le chrome, le zirconium, l’argent, l’or, le platine, le silicium, le molybdène, l’aluminium ou un alliage de ces derniers, ladite matrice étant chargée de particules dures choisies parmi WC, TiC, TaC, TiN, TiCN, AI203, Zr02, 0203, SiC, MoSi2, AIN ou une combinaison de ces derniers, afin de limiter la sensibilité de l’axe aux champs magnétiques. La dureté dudit matériau composite est supérieure ou égale à 1000 HV1. La solution ici décrite n’est pas optimale. L’usinage par outil coupant de matrices métalliques chargées en particules dures génère une usure prématurée des outils. En fonctionnement, le pivotement d’un tel axe dans un palier en rubis génère également de l’usure prématurée au niveau du palier.
[0009] Le document CH707504 décrit un axe de pivotement en titane ou en alliage de titane afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques. Au moins la surface externe des pivots est en partie ou en totalité durcie par rapport au cœur de l’axe selon une profondeur prédéterminée, la surface externe comporte une dureté supérieure à 800 HV1. La solution ici décrite n’est pas optimale. Le durcissement superficiel des pivots ajoute une étape dans le processus déjà complexe d’obtention d’un axe de balancier. De plus, les alliages de titane nécessitent des précautions particulières lors de l’usinage en particulier au regard des risques d’incendie.
[0010] Le document CH707505 décrit un axe de pivotement en acier du type austénitique, en alliage de cobalt du type austénitique ou en alliage de nickel du type austénitique afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques. Au moins la surface externe des pivots est durcie par rapport au cœur de l’axe selon une profondeur prédéterminée, la surface externe comporte une dureté supérieure à 1000 HV1. La solution ici décrite ne semble pas optimale. Le durcissement superficiel des pivots ajoute une étape dans le processus déjà complexe d’obtention d’un axe de balancier. Ce durcissement intervenant après le ou les étapes de terminaison des pivots, les précautions de manipulation prises lors de cette étape de traitement doivent être importantes pour ne pas risquer de marquer ou tordre les pivots.
[0011] Le document EP3273303 décrit un axe de balancier réalisé dans un alliage amagnétique de cuivre. Lors de la fabrication de l’axe, les pivots sont roulés ou polis afin d’enlever une surépaisseur de matériau et ainsi d’atteindre les dimensions et l’état de surface finaux. Par ailleurs, la surface est durcie par l’intermédiaire d’un traitement thermique et/ou thermochimique de diffusion ou une implantation ionique d’autres atomes, jusqu’à une profondeur prédéterminée. Cet alliage, après traitement, peut présenter une dureté intéressante, supérieure à 600 HV, mais les procédés de traitement utilisés sont compliqués, nécessite des équipements spécialisés et sont difficile à maîtriser, notamment en ce qui concerne la diffusion ionique. Le document EP3273304 décrit également un axe fait en un alliage similaire, qui est muni d’une couche de matériau dur déposée sur sa surface. Idéalement, on vise à éviter un dépôt supplémentaire de surface, ce qui est à nouveau compliqué à effectuer et nécessite des équipements spécialisés.
[0012] Le document US9194024 décrit un alliage pour bijouterie, dont la composition est choisie pour obtenir une couleur substantiellement blanc, comparable à des alliages de platine. Après durcissement par vieillissement, l’alliage n’atteint qu’une dureté jusqu’à environ 240 HV, ce qui est insuffisante pour un axe horloger.
[0013] Le but de la présente invention est de proposer un axe réalisé dans une matière amagnétique en alternative aux différentes solutions de l’art antérieur et remédiant, au moins partiellement, à leurs inconvénients.
Divulguation de l’invention
[0014] De façon plus précise, l'invention concerne un axe de pivotement d’un organe réglant d’un mouvement mécanique horloger réalisé dans un alliage comprenant ou consistant en poids :
- entre 25% et 55% de palladium ;
- entre 25% et 55% d’argent ;
- entre 10% et 30% de cuivre ;
- entre 0% et 5% de Zinc ;
- entre 0% et 2% d’un ou plusieurs éléments choisis parmi rhénium, ruthénium, or et platine ;
- entre 0% et 1 % d’un ou plusieurs éléments choisis parmi bore et nickel. [0015] Préférentiellement, l’invention concerne un alliage du type constitué de 41 % de palladium, 37.5% d’argent, 20% de cuivre, 1 % de zinc et 0.5% de platine.
[0016] L’invention se rapporte également à un procédé de fabrication d’un axe de pivotement d’un organe réglant d’un mouvement mécanique d’horlogerie comportant les étapes suivantes :
- Obtenir une barre d’alliage comprenant entre 25% et 55% de Palladium, entre 25% et 55% d’Argent, entre 10% et 30% de Cuivre, entre 0% et 5% de zinc, entre 0% et 2% d’un ou plusieurs éléments choisis parmi rhénium, ruthénium, or et platine, et entre 0% et 1 % d’un ou plusieurs éléments choisis parmi bore et nickel ;
- Décolleter l’axe avec une surépaisseur par rapport à une dimension prédéterminée ;
- Réaliser une opération de traitement de l’état de surface de l’axe avec enlèvement de la surépaisseur pour atteindre la dimension prédéterminée.
[0017] Le procédé de fabrication peut comprendre en outre une étape de traitement thermique de durcissement entre les étapes de décolletage et de traitement de surface.
Brève description des dessins
[0018] D'autres détails de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence au dessin annexé dans lequel :
- La fig. 1 est une représentation d’un axe de pivotement selon l’invention, au stade décolleté;
- La fig. 2 est une représentation d’un axe de pivotement selon l’invention, au stade roulé;
- La fig. 3 est une représentation d’un axe de pivotement selon l’invention, au stade terminé; - La fig. 4 est une représentation d’un axe de pivotement selon l’invention, montrant les différentes surépaisseurs susceptibles d’intervenir dans le processus.
Mode de réalisation de l’invention
[0019] L’invention se rapporte à un axe de pivotement d’un organe réglant d’un mouvement mécanique d’horlogerie, et plus particulièrement encore à un axe de balancier, d’ancre ou de mobile d’échappement.
[0020] La demanderesse a identifié une famille d’alliage présentant des propriétés particulièrement intéressantes pour une application à des axes d’organe réglant de mouvement mécanique, notamment en termes de magnétisme et de résistance à l’oxydation.
[0021] Les alliages de cette famille présentent, en poids :
- entre 25% et 55% de palladium
- entre 25% et 55% d’argent
- entre 10% et 30% de cuivre
- entre 0% et 5% de zinc
- entre 0% et 2% d’un ou plusieurs éléments choisis parmi rhénium, ruthénium, or et platine
- entre 0% et 1 % d’un ou plusieurs éléments choisis parmi bore et nickel.
[0022] De préférence, les alliages en question comprennent en poids :
- entre 38% et 43% de palladium ; et/ou
- entre 35% et 40% d'argent ; et/ou
- entre 18% et 23% de cuivre ; et/ou
- entre 0.5% et 1.5% de zinc.
[0023] Plus particulièrement parmi cette famille d’alliage, un alliage du type constitué de 41 % de palladium, 37.5% d’argent, 20% de cuivre, 1 % de zinc et 0.5% de platine ne présente pas d’action attractive décelable lorsqu’il est exposé à un aimant permanent. Il ne présente pas non plus d’aimantation rémanente mesurable après exposition à l’aimant.
[0024] La demanderesse a également identifié que les alliages Palladium- Argent-Cuivre présentent une résistance à l’oxydation plus élevée que celle des aciers martensitiques au carbone grâce notamment à la présence de palladium, un élément chimique du groupe du platine. Le palladium permet d’améliorer les caractéristiques suivantes de l’alliage, qui sont particulièrement intéressantes dans le cas d’une utilisation pour un axe de pivotement : inertie chimique, résistance à la corrosion et à l'oxydation, faible coefficient d'expansion thermique et durabilité mécanique.
[0025] Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un axe de pivotement d’un organe réglant dont nous allons maintenant décrire les étapes.
[0026] La première étape du processus d’obtention d’un axe selon l’invention consiste à se doter d’une barre de décolletage de l’alliage Palladium- Argent-Cuivre présentant une composition appartenant à la famille d’alliage telle que définie ci-dessus. Différentes nuances sont disponibles chez divers fournisseurs. Ces derniers réalisent les étapes de mise en alliage et les étapes de mise en forme de la barre (tréfilage, étirage...) afin de proposer une barre dans les dimensions standards de décolletage. Généralement 2-3mm de diamètre sur 2000-3000mm de long. Il va sans dire que la composition chimique de la barre sera pareille à celle de l’axe fabriqué à partir de cette barre.
[0027] La dureté Vickers de la matière étirée servant à réaliser l’axe selon l’invention est de l’ordre de 260-310 HV1. Après durcissement thermique à 380-420°C, la valeur de dureté monte à 460-500HV1. Ce traitement thermique peut durer entre 30 minutes et 2 heures, plus particulièrement pendant entre 45 minutes et 1 h30, encore plus particulièrement pendant 1 h, et la valeur de dureté après durcissement reste inférieure à ce qu’on peut rencontrer sur un acier 20AP après roulage, typiquement plus de 700HV1.
[0028] Le traitement thermique de durcissement peut être réalisé à tout moment du processus d’obtention de l’axe. Ce durcissement peut être réalisé sur la barre à réception si l’usinage nécessite une dureté élevée. Préférentiellement, le durcissement est réalisé après usinage et avant la ou les étapes de traitement de l’état de surface de l’axe.
[0029] Lorsqu’on quantifie la pression d’Hertz au niveau du pivotement de l’axe, on remarque que le faible module d’Young de l’alliage Palladium- Argent-Cuivre permet d’abaisser la pression maximale observée au niveau du contact de l’axe avec la pierre de pivotement. Lors d’un contact entre deux matériaux de module d’Young Ei et E2, le module d’élasticité équivalent E servant à déterminer la rigidité du contact est calculé comme suit :
La pression maximum observée au niveau du contact est donnée par la formule suivante :
Pmax— 0.418
F = effort normal sur le contact
E = module d’élasticité équivalent précédemment défini
rr et I = sont des paramètres géométriques du contact.
Pour un effort normal F donné, et à géométrie de contact équivalente, nous observons que la pression maximum est proportionnelle à Ë. [0030] Avec une application numérique, nous nous apercevons que Ë est en baisse de plus de 20% lorsque nous passons d’un contact Acier (220GPa) sur rubis (350GPa) à un contact alliage PdAgCu (100GPa) sur rubis (350GPa) à géométrie équivalente.
[0031] Ainsi, malgré une dureté plus faible, on constate que la résistance à l’usure du contact est toujours satisfaisante. Cela s’explique par la baisse de la pression de contact, permettant ainsi d’utiliser un axe avec une dureté plus faible sans compromettre la résistance à l’usure du contact, typiquement 460-500HV1 pour l’axe réalisé en alliage Palladium-Argent-Cuivre contre 600-700HV1 pour un axe standard en Acier Martensitique au carbone. L’utilisation d’un alliage de dureté plus faible facilite les opérations d’enlèvement de matière et de mise en forme.
[0032] L’étape suivante du processus d’obtention d’un axe selon l’invention, consiste à le mettre en forme par une étape de décolletage. Celle-ci est réalisée de manière traditionnelle sur les mêmes équipements que ceux servant à usiner des axes en acier martensitique au carbone selon l’art antérieur. Une adaptation des paramètres de coupe est nécessaire afin d’optimiser la qualité et le rendement de l’étape de décolletage. Dans le cas de l'axe du balancier, son rayon étant très petit, même à forte vitesse de broche, les vitesses de coupe atteintes lors de l’usinage sont limitées. En se référant à la figure 1 , l’axe de balancier présente deux zones de faible diamètre, les pivots 10, situées aux extrémités de l’axe ainsi que plusieurs zones de diamètre plus important formant le corps de l’axe 20.
[0033] A titre d’exemple, au niveau des pivots, il est possible d’utiliser une vitesse de coupe de 20 à 23 m/min avec une avance de 0.0015 mm/tr. Au niveau du corps de l’axe, une vitesse de coupe de 20 à 23 m/min et une avance 0.002 mm/tr à 0.005 mm/tr peuvent être utilisées.
[0034] Lors de cette étape de décolletage, il est nécessaire de prévoir une ou plusieurs surépaisseurs en fonction des opérations de traitement de l’état de surface de l’axe envisagées. Si l’étape de décolletage est suffisamment répétable et permet d’obtenir une tolérance géométrique suffisante pour l’application envisagée, un simple polissage des zones fonctionnelles devra être effectué. Une surépaisseur (e1) correspondant à la quantité de matière retirée lors du polissage devra être ajoutée sur la pièce par rapport aux dimensions finales. La figure 2 illustre, à titre d’exemple, un axe de balancier après l’étape de décolletage. La figure 3 illustre, à titre d’exemple, un axe de balancier après l’étape de polissage. En se référant à la figue 4, l’étape de décolletage permettra d’obtenir le profil 2 au niveau du pivot avec une surépaisseur (e1) par rapport au profil 1. L’étape de polissage amènera le profil du pivot au niveau de son profil final 1. La surépaisseur (e1) est typiquement de l’ordre de 2pm au diamètre mais peut être adaptée en fonction du polissage envisagé (durée, type de particules abrasives utilisées...).
[0035] Selon une autre variante du procédé, si on envisage une étape de meulage ou de roulage des pivots pour un contrôle fin des dimensions et des états de surface, une surépaisseur (e2) correspondant à la quantité de matière retirée lors de cette étape de meulage ou de roulage devra être ajoutée sur la pièce ou sur les pivots au stade décolletage. La surépaisseur (e2) est typiquement de l’ordre de 20pm sur la longueur et 5 pm sur le diamètre mais peut être adaptée en fonction roulage ou meulage envisagé. Le décolletage devra donc se faire au niveau du profil 3, tel que représenté à la figure 4. Le roulage amènera le pivot au niveau du profil 2 tel que représenté à la figure 4. Un traitement de l’état de surface, pourra être ajouté en fin de processus pour obtenir le profil 1.
[0036] En fonction du type de traitement de l’état de surface choisi, en vrac ou localisé au niveau des pivots, l’homme du métier considérera une surépaisseur sur la totalité de l’axe si le traitement est réalisé en vrac ou uniquement sur les zones concernées par l’enlèvement de matière si il s’agit d’un traitement localisé.
[0037] D’autres étapes de traitement de l’état de surface de l’axe ou des pivots avec enlèvement de matière peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l’invention : polissage électrolytique ou polissage laser par exemple. L’homme du métier adaptera la surépaisseur à prendre en compte à l’étape de décolletage.
[0038] Des étapes intermédiaires de lavage et de contrôle dimensionnel peuvent être intégrées au processus.
[0039] D’autres types de pièces intégrées à un mouvement horloger mécanique ou quartz, et susceptibles de venir perturber le fonctionnement du mouvement en cas d’aimantation, peuvent être réalisées dans un alliage du type décrit ci-dessus sans faire partie du périmètre de protection revendiqué. Ce type de pièce peut être notamment de type goupille, visserie, axes du rouage de finissage etc. sans toutefois présenter des problématiques similaires à celles rencontrées pour l’axe de pivotement d’un organe réglant.

Claims

Revendications
1. Axe de pivotement d’un organe réglant de mouvement mécanique horloger réalisé en un matériau comprenant en poids :
entre 25% et 55% de palladium
entre 25% et 55% d’argent
entre 10% et 30% de cuivre
entre 0% et 5% de zinc
entre 0% et 2% d’un ou plusieurs éléments choisis parmi rhénium, ruthénium, or et platine
entre 0% et 1 % d’un ou plusieurs éléments choisis parmi bore et nickel.
2. Axe d’organe réglant selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit matériau comprend en poids entre 38% et 43% de palladium.
3. Axe d’organe réglant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau comprend en poids entre 35% et 40% d’argent.
4. Axe d’organe réglant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau comprend en poids entre 18% et 23% de cuivre.
5. Axe d’organe réglant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau comprend en poids entre 0.5% et 1.5% de zinc
6. Axe d’organe réglant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit axe est un axe de balancier, un axe d’ancre ou un axe de mobile d’échappement.
7. Axe d’organe réglant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il présente une dureté Vickers de 460 HV1 à 500 HV1.
8. Mouvement mécanique pour une pièce d’horlogerie, caractérisé en ce qu’il comprend un axe d’organe réglant selon l’une des revendications précédentes.
9. Procédé de fabrication d’un axe de pivotement d’un organe réglant comportant les étapes suivantes :
Obtenir une barre d’alliage comprenant entre 25% et 55% de Palladium, entre 25% et 55% d’Argent, entre 10% et 30% de Cuivre, entre 0% et 5% de zinc, entre 0% et 2% d’un ou plusieurs éléments choisis parmi rhénium, ruthénium, or et platine, et entre 0% et 1 % d’un ou plusieurs éléments choisis parmi bore et nickel ;
Décolleter l’axe avec une surépaisseur par rapport à une dimension prédéterminée ;
Réaliser une opération de traitement de l’état de surface de l’axe avec enlèvement de la surépaisseur pour atteindre la dimension prédéterminée.
10. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel ladite barre présente une dureté Vickers d’entre 260 HV1 et 310 HV1.
11. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de traitement thermique de durcissement.
12. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de de traitement thermique de durcissement comprend un traitement thermique à une température de 380°C à 420°C.
13. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel ladite étape de traitement thermique de durcissement dure entre 30 minutes et 2 heures, plus particulièrement pendant entre 45 minutes et 1 h30, encore plus particulièrement pendant 1 h.
14. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 11 à 13, dans lequel, après ladite étape de traitement thermique de durcissement, ledit axe présente une dureté Vickers d’entre 460 HV1 et 500 HV1.
15. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que ladite étape de traitement thermique de durcissement est réalisée entre les étapes d’obtention de ladite barre d’alliage et de décolletage ou entre les étapes de décolletage et de traitement de surface.
16. Procédé de fabrication d’un axe de pivotement d’un organe réglant comportant un corps doté à ses extrémités de pivots, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
Obtenir une barre d’alliage comprenant entre 25% et 55% de Palladium, entre 25% et 55% d’Argent, entre 10% et 30% de Cuivre, entre 0% et 5% de zinc, entre 0% et 2% d’un ou plusieurs éléments choisis parmi rhénium, ruthénium, or et platine, et entre 0% et 1 % d’un ou plusieurs éléments choisis parmi bore et nickel ;
Décolleter le corps de l’axe avec une première surépaisseur par rapport à une première dimension prédéterminée, et les pivots de Taxe avec une deuxième surépaisseur par rapport à une deuxième dimension prédéterminée, ladite deuxième surépaisseur étant supérieure à la première surépaisseur ;
Procéder à un roulage des pivots pour les amener à la première surépaisseur par rapport à la deuxième dimension prédéterminée ;
Réaliser une opération de traitement de l’état de surface du corps et des pivots avec enlèvement de la première surépaisseur pour atteindre respectivement les première et deuxième dimensions prédéterminées.
17. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel ladite barre présente une dureté Vickers d’entre 260 HV1 et 310 HV1.
18. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 16 et 17, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de traitement thermique de durcissement.
19. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de de traitement thermique de durcissement comprend un traitement thermique à une température de 380°C à 420°C.
20. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel ladite étape de traitement thermique de durcissement dure entre 30 minutes et 2 heures, plus particulièrement pendant entre 45 minutes et 1 h30, encore plus particulièrement pendant 1 h.
21. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 18 à 20, dans lequel, après ladite étape de traitement thermique de durcissement, ledit axe présente une dureté Vickers d’entre 460 HV1 et 500 HV1.
22. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 18-21 , caractérisé en ce que ladite étape de traitement thermique de durcissement est réalisée entre les étapes d’obtention de ladite barre d’alliage et de décolletage ou entre les étapes de décolletage et de traitement de surface.
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