EP1051533A1 - Piece de montre en alliage de titane - Google Patents

Piece de montre en alliage de titane

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EP1051533A1
EP1051533A1 EP98900519A EP98900519A EP1051533A1 EP 1051533 A1 EP1051533 A1 EP 1051533A1 EP 98900519 A EP98900519 A EP 98900519A EP 98900519 A EP98900519 A EP 98900519A EP 1051533 A1 EP1051533 A1 EP 1051533A1
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watch
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titanium
manufacturing
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B37/00—Cases
    • G04B37/22—Materials or processes of manufacturing pocket watch or wrist watch cases

Definitions

  • the present invention relates to a titanium alloy watch piece according to the preamble of claim 1.
  • An object of the invention is therefore to propose titanium watch parts having an appearance different from the titanium parts of the prior art, and therefore capable of occupying other commercial niches.
  • this goal is achieved by using a family of alloys containing at least 75% of titanium, hardened by treatment thermomechanical and having in common a mechanical resistance greater than 750MPa, preferably however close to 10OOMPa. These particular alloys have the advantage of being able to be polished on large surfaces.
  • Patent document EP416929 describes a process for manufacturing a titanium alloy watch case in which the already machined part is heated to a temperature above the transformation temperature ⁇ , that is to say above about 780 °, then quenched, so as to bring it into a martensitic phase. An aging operation is then necessary before being able to polish the watch case. This process comprising a large number of separate operations is therefore difficult to implement on an industrial scale.
  • Optimal polishing quality can therefore be obtained by refining the microstructure of the alloy, that is to say by reducing the size of the grains constituting the alloy of the watch piece. According to the invention, this refinement is obtained by subjecting the watch part to a thermomechanical treatment.
  • the invention will be better understood using the examples given in the following description, no figure being necessary to illustrate them.
  • the invention applies to the manufacture of any watch part, in particular the middle part, the back of the case, the bezel, the bracelet and at least certain elements of the folding clasp and the clasp .
  • the invention therefore applies to any external part of a pocket or wrist watch.
  • At least one of these parts is made of solid titanium alloy with medium or high mechanical resistance, that is to say of titanium alloy having a mechanical resistance greater than 750 MPa, preferably however close to 10OOMpa .
  • the thermomechanical treatment preferably consists of an operation of heating the alloy to a temperature below the transformation temperature ⁇ (780 °) during an operation of deformation of the initial part.
  • the thermomechanical treatment consists of stamping the part heated to a temperature between 600 and 750 °, preferably however between 600 and 700 °.
  • Tests have shown that an effective refining of the microstructure of the alloy is obtained when it is simultaneously subjected to a pressure or to a significant deformation and heated to a temperature slightly lower than the transformation temperature ⁇ .
  • Different mechanisms for example dynamic recrystallization, can be used for refining the microstructure. Grain sizes less than 5 ⁇ m, of the order of 1 ⁇ m, can be obtained by judiciously choosing the heating temperature and the applied deformation pressure.
  • the alloys used can also be anodized and anodized to obtain different color effects.
  • the hardening and stamping of the part are therefore carried out in a single operation; no subsequent heating, quenching or aging operation is necessary. This method is therefore particularly advantageous to implement compared to the methods of the prior art.
  • the family of titanium alloys with medium and high mechanical resistance suitable for such a polishing comprises in particular: Binary alloys: Ti 8Mn
  • Ternary alloys Ti 6AI 4V, Ti 7AI 4Mo
  • Quaternary alloys Ti 8AI 1 Mo 1 V, Ti 10V 2Fe 3AI, Ti 6AI 6V 2Sn Ti 4AI 3Mo 1V Ti 10V 2Fe 3AI
  • Alloys composed of 5 or more elements Ti 6AI 2Sn 4Zr 6Mo Ti 5AI 2Sn 4Zr 4Mo 4Cr Ti 6AI 2Sn 2Zr 2Mo 2Cr Ti i5V 3Cr 3AI 3Sn
  • titanium alloys aluminum has the property of stabilizing the ⁇ phase, which is stable at temperatures up to 880 ° C. Vanadium stabilizes the ⁇ phase which is normally stable at temperatures above 880 ° C. Tests have shown that the Ti 6AI 4V alloy is optimal for the manufacture of a timepiece in mirror-polished titanium.
  • the composition of this alloy can vary as follows: (composition in percentage by weight):
  • the middle part, the back, the bezel, the folding clasp, the clasp and / or the strap of a watch are made of one of these alloys. It is nevertheless also possible to combine the use of these alloys for certain elements or for certain parts of certain elements with other materials for other elements. In particular, it is possible to combine the use of titanium with medium or high mechanical resistance for certain parts, in particular for visible parts when the watch is worn, with titanium with low mechanical resistance for less visible parts, for example for the folding clasp, which will then not be polished.

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Abstract

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

Description

Pièce de montre en alliage de titane
La présente invention concerne une pièce de montre en alliage de titane selon le préambule de la revendication 1.
Entre les matériaux traditionnels comme l'or et l'acier, le titane occupe depuis quelques années une place toujours plus importante pour la réalisation de boîtes de montre. Pour un prix nettement inférieur à celui de l'or, il apporte par rapport à l'acier l'avantage d'être très bien supporté par la peau et de ne pas susciter d'allergies au nickel. Son succès commercial a en outre été favorisé par son aspect mat aisément identifiable qui a suscité un engouement d'autant plus grand que ce matériau est généralement associé à des montres ou d'autres produits de grande qualité.
L'invention part de la constatation que cet aspect de surface très particulier du titane généralement employé en horlogerie ne bénéficiera probablement pas toujours de cet effet de mode. Les contraintes esthétiques imposées par ce matériau risquent donc de ne pas toujours être acceptées par une large clientèle.
Des tentatives ont déjà été effectuées dans l'art antérieur pour modifier l'aspect des montres en titane, par exemple au moyen de colorations, ou en plaquant des alliages particuliers de titane sur d'autres matériaux. Toutefois, l'opération de plaquage renchérit les pièces qui par ailleurs sont sensibles aux chocs et aux rayures profondes.
Un but de l'invention est donc de proposer des pièces de montre en titane ayant un aspect différent des pièces en titane de l'art antérieur, et donc susceptibles d'occuper d'autres créneaux commerciaux.
Ce but est satisfait selon l'invention au moyen d'une pièce d'horlogerie réalisée dans un alliage de titane inédit en horlogerie.
En particulier, ce but est atteint en ayant recours à une famille d'alliages contenant au moins 75% de titane, durcis par traitement thermomécanique et possédant en commun une résistance mécanique supérieure à 750MPa, de préférence toutefois proche de 10OOMPa. Ces alliages particuliers présentent l'avantage de pouvoir être polis sur de grandes surfaces.
Des essais ont déjà été effectués dans l'art antérieur pour polir des pièces de montre en titane. Toutefois, les alliages de titane utilisés traditionnellement ne permettent pas de polir entièrement des grandes pièces comme la carrure ou le bracelet. L'état de surface obtenu est similaire à une peau d'orange, en sorte que seules des petites pièces telles les lunettes ou des petites portions de pièces plus grandes ont été réalisées en titane massif poli.
L'aspect de peau d'orange est dû notamment à la présence dans la structure de nombreux alliages de deux phases, par exemple les phases α et β, de duretés différentes et auquel il est donc difficile de donner le même aspect de polissage. Le document de brevet EP416929 décrit un procédé de fabrication de boîte de montre en alliage de titane dans lequel la pièce déjà usinée est chauffée à une température supérieure à la température de transformation β, c'est-à-dire supérieure à 780° environ, puis trempée, de manière à l'amener dans une phase martensitique. Une opération de vieillissement est ensuite nécessaire avant de pouvoir polir la boîte de montre. Ce procédé comportant un grand nombre d'opérations distinctes est par conséquent difficile à mettre en œuvre à l'échelle industrielle.
Des essais ont cependant montré que la taille des grains de l'alliage joue un rôle déterminant dans la qualité du polissage obtenu. Les alliages de titane ordinaires sont constitués de grains de taille 150 à 200 μm; des différences de polissage entre grains voisins sont donc très visibles.
Une qualité de polissage optimale peut donc être obtenue en affinant la microstructure de l'alliage, c'est-à-dire en réduisant la taille des grains constituant l'alliage de la pièce de montre. Selon l'invention, cet affinage est obtenu en soumettant la pièce de montre à un traitement thermomécanique. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples donnés dans la description suivante, aucune figure n'étant nécessaire pour les illustrer.
L'invention s'applique à la fabrication de n'importe quelle pièce de montre, en particulier de la carrure, du fond de la boîte, de la lunette, du bracelet et d'au moins certains éléments de la boucle déployante et du fermoir. L'invention s'applique donc à n'importe quelle pièce externe d'une montre de poche ou de poignet.
Selon l'invention, au moins une de ces pièces est réalisée en alliage massif de titane à moyenne ou haute résistance mécanique, c'est-à-dire en alliage de titane présentant une résistance mécanique supérieure à 750MPa, de préférence toutefois proche de 10OOMpa.
Ces alliages n'ont jamais été considérés dans l'art antérieur pour une utilisation horlogère en raison de préjugés tenaces, de nombreux spécialistes horlogers considérant que ces matériaux ne peuvent pas être usinés et étampés convenablement. Pour cette raison, des alliages de titane à basse résistance mécanique ont toujours été utilisés en horlogerie. Les propriétés mécaniques de ces alliages étant largement suffisantes pour des applications horlogeres, il n'y avait aucune incitation à utiliser des alliages supposés beaucoup plus difficiles à travailler.
Des essais effectués en dépit de l'opinion prévalente ont néanmoins fourni des résultats surprenants et montré que des pièces de montre peuvent être produites dans ces alliages avec des outils de coupe et d'étampage modernes, tels que ceux utilisés pour usiner l'acier inoxydable. Par ailleurs, une gravure à l'acide est également possible. Ces essais ont donc montré que l'homme de l'art dans le domaine de l'usinage de pièces horlogeres peut, après quelques manipulations de routine, usiner ces nouveaux alliages au moyen d'outils conventionnels, en dépit de tous les préjugés existants. Ces nouveaux alliages peuvent par exemple être usinés en choisissant soigneusement les outils d'usinage parmi ceux existant et en réduisant la vitesse d'usinage. Il a été constaté ensuite que, en soumettant ces alliages à un traitement thermomécanique, il est possible de réduire considérablement la taille des grains α et β de l'alliage et donc d'obtenir un matériau apte à être poli pour donner aux pièces un aspect brillant miroir. Un tel poli est inhabituel en horlogerie pour des montres en titane. Les propriétés avantageuses de ce matériau, notamment ses propriétés anti-allergiques, peuvent donc être étendues pour des gammes de montre pour lesquelles on aurait préféré pour des raisons esthétiques utiliser un autre métal.
Le traitement thermomécanique consiste de préférence en une opération de chauffage de l'alliage à une température inférieure à la température de transformation β (780°) au cours d'une opération de déformation de la pièce initiale. De préférence, le traitement thermomécanique consiste en un étampage de la pièce chauffée à une température comprise entre 600 et 750°, de préférence toutefois entre 600 et 700°. Des essais ont montré qu'un affinage efficace de la microstructure de l'alliage est obtenu lorsqu'il est soumis simultanément à une pression ou à une déformation importante et chauffé à une température légèrement inférieure à la température de transformation β. Différents mécanismes, par exemple la recristallisation dynamique, peuvent être utilisés pour l'affinage de la microstructure. Des tailles de grain inférieures à 5 μm, de l'ordre de 1 μm, peuvent être obtenues en choisissant judicieusement la température de chauffe et la pression de déformation appliquée.
Les alliages utilisés peuvent également être éloxés et anodisés pour obtenir des effets de couleur différents.
Le durcissement et l'étampage de la pièce sont donc effectués en une seule opération ; aucune opération ultérieure de chauffage, de trempe ou de vieillissement n'est nécessaire. Ce procédé est donc particulièrement avantageux à mettre en œuvre par rapport aux procédés de l'art antérieur.
La famille d'alliages de titane à moyenne et haute résistance mécanique convenant à un tel polissage comprend notamment : Alliages binaires : Ti 8Mn
Alliages ternaires : Ti 6AI 4V, Ti 7AI 4Mo
Alliages quaternaires :Ti 8AI 1 Mo 1 V, Ti 10V 2Fe 3AI, Ti 6AI 6V 2Sn Ti 4AI 3Mo 1V Ti 10V 2Fe 3AI
Alliages composés de 5 éléments ou plus : Ti 6AI 2Sn 4Zr 6Mo Ti 5AI 2Sn 4Zr 4Mo 4Cr Ti 6AI 2Sn 2Zr 2Mo 2Cr Ti i5V 3Cr 3AI 3Sn
(les chiffres indiquant le pourcentage en poids dans la composition).
Il s'agit en général d'alliages de titane biphasés α + β qui offrent un compromis optimal entre la ductilité et la résistance mécanique. Des alliages presque monophasés α ou des alliages de structure β ne sont cependant pas exclus. Ces alliages à deux phases peuvent être affinés et durcis par des traitements thermomécaniques adéquats.
Dans les alliages de titane, l'aluminium a la propriété de stabiliser la phase α, stable à des températures jusqu'à 880°C. Le vanadium stabilise la phase β qui est normalement stable aux températures supérieures à 880°C. Les essais ont montré que l'alliage Ti 6AI 4V s'avère optimal pour la fabrication d'une pièce d'horlogerie en titane poli miroir. La composition de cet alliage peut varier comme suit : (composition en pourcentage en poids) :
Aluminium 5,5 à 6,75, vanadium 3,5 à 4,5, azote 0.05 maximum, carbone 0,1 maximum, hydrogène 0,015 maximum, fer 0,4 maximum, oxygène 0,2 maximum, éléments divers : 0,1 maximum chacun, 0,5 maximum au total, le reste étant du titane. Avantageusement, la carrure, le fond, la lunette, la boucle déployante, le fermoir et/ou le bracelet d'une montre sont réalisés dans un de ces alliages. Il est néanmoins aussi possible de combiner l'usage de ces alliages pour certains éléments ou pour certaines parties de certains éléments avec d'autres matériaux pour d'autres éléments. En particulier, il est possible de combiner l'utilisation de titane à moyenne ou haute résistance mécanique pour certaines pièces, en particulier pour des pièces visibles lorsque la montre est portée, avec du titane à basse résistance mécanique pour des pièces moins visibles, par exemple pour la boucle déployante, qui ne sera alors pas polie.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication de pièce de montre en alliage massif de titane, caractérisé par les étapes suivantes :
durcissement d'un alliage contenant au moins 75% de titane et possédant une résistance mécanique supérieure à 750Mpa au cours d'une étape de traitement thermomécanique,
polissage des faces externes visibles de la pièce.
2. Procédé de fabrication de pièce de montre selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit traitement thermomécanique est obtenu en chauffant l'alliage en-dessous de la température de transformation β au cours d'une opération de déformation de la pièce initiale
3. Procédé de fabrication de pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit traitement thermomécanique est obtenu en chauffant l'alliage à une température comprise entre 600 et 750°pendant l'étampage de la pièce de montre.
4. Procédé de fabrication de pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de chauffage, la température de chauffage et la pression exercée sont optimisés de manière à obtenir une taille des grains de l'alliage inférieure à 5μm.
5. Procédé de fabrication de pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il ne comporte pas d'étape de trempe.
6. Procédé de fabrication de pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage est de type biphasé α + β. 8
7. Procédé de fabrication de pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage possède la composition suivante (composition en pourcentage en poids) :
Aluminium 5,5 à 6,75, vanadium 3,5 à 4,5, azote 0.05 maximum, carbone 0,1 maximum, hydrogène 0,015 maximum, fer 0,4 maximum, oxygène 0,2 maximum, éléments divers : 0,1 maximum chacun, 0,5 maximum au total, le reste étant du titane.
8. Pièce de montre réalisée en un alliage massif contenant au moins 75% de titane, caractérisée en ce que ledit alliage est durci au cours d'une étape de traitement thermomécanique, possède une résistance mécanique supérieure à 750Mpa, et en ce que au moins les faces externes visibles de la pièce sont polies.
9. Pièce de montre selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la taille des grains de l'alliage est inférieure à 5μm.
10. Pièce de montre selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que ledit alliage est de type biphasé α + β.
11. Pièce de montre selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit alliage possède la composition suivante (composition en pourcentage en poids) :
Aluminium 5,5 à 6,75, vanadium 3,5 à 4,5, azote 0.05 maximum, carbone 0,1 maximum, hydrogène 0,015 maximum, fer 0,4 maximum, oxygène 0,2 maximum, éléments divers : 0,1 maximum chacun, 0,5 maximum au total, le reste étant du titane.
12. Pièce de montre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une carrure dont seules les surfaces externes visibles sont polies.
13. Pièce de montre selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une lunette dont les surfaces externes visibles sont polies.
14. Pièce de montre selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un bracelet dont au moins les surfaces externes visibles sont polies.
15. Montre comportant au moins une carrure selon la revendication 12 et un bracelet selon la revendication 14.
16. Montre selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins une autre pièce en titane ou en alliage de titane à résistance mécanique inférieure à celle de la carrure.
17. Montre selon la revendication précédente, caractérisée en ce que au moins un élément de la boucle déployante est réalisé en titane ou en alliage de titane à résistance mécanique inférieure à celle de la carrure.
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