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CA 02318346 2000-07-12
WO 99/37827 PCT/CH98/OOOZ8
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
s 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 t'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
io 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 ta 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
ls imposées par ce matériau risquent donc de ne pas toujours ètre 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.
2o 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.
2s 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°r6 de titane, durcis par traitement
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thermomécanique et possédant en commun une résistance mécanique
supérieure à 750MPa, de préférence toutefois proche de 1 OOOMPa. 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, ies 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
io 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 a et
Vii,
de duretés différentes et auquel il est donc difficile de donner le même
aspect
ls 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 Vii, c'est-à-dire supérieure à 780° environ, puis
trempée, de
manière à l'amener dans une phase martensitique. Une opération de
2o 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 oeuvre à l'échelle industrielle.
Des essais ont cependant montré que la taille des grains de l'alliage
joue un rôle déterminant dans la qualité du polissage obtenu. Les alliages de
2s titane ordinaires sont constitués de grains de taille 150 à 200 gym; 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
3o est obtenu en soumettant la pièce de montre à un traitement
thermomécanique.
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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 fa fabrication de n'importe quelle pièce de
montre, en particulier de la carrure, du fond de la boîte, de la lunette, du
s 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
io altiage de titane présentant une résistance mécanique supérieure à 750MPa,
de préférence toutefois proche de 1000Mpa.
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 ëtre
is 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 horlogères, il n'y avait aucune incitation à utiliser des
alliages
supposés beaucoup plus difficiles à travailler.
2o Des essais effectués en dépit de l'opinion prévalante 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
2s l'homme de l'art dans le domaine de l'usinage de pièces horlogères 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 ëtre usinés en choisissant soigneusement les
outils d'usinage parmi ceux existant et en réduisant la vitesse d'usinage.
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II a été constaté ensuite que, en soumettant ces alliages à un
traitement thermomécanique, il est possible de réduire considérablement la
taille des grains a et ~i de l'alliage et donc d'obtenir un matériau apte à
ëtre poli
pour donner aux pièces un aspect brillant miroir. Un tel poli est inhabituel
en
s 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
io opération de chauffage de l'alliage à une température inférieure à la
température de transformation (i (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
is 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
împortante et chauffé à une température légèrement inférieure à la température
de transformation Vii. Différents mécanismes, par exemple la recristallisation
dynamique, peuvent âtre utilisés pour l'affinage de la microstructure. Des
tailles
2o de grain inférieures à 5 ~,m, de l'ordre de 1 gym, peuvent être obtenues en
choisissant judicieusement la température de chauffe et la pression de
déformation appliquée.
Les alliages utilisés peuvent également ëtre éloxés et anodisés pour
obtenir des effets de couleur différents.
2s Le durcissement et l'étampage de la pièce sont donc effectués en
une seule opération ; aucune opération ultérieure de chauffage, de trempe ou
de vieillissement n'est nécessaire. Ce procédé est donc particulièrement
avantageux à mettre en oeuvre par rapport aux procédés de l'art antérieur.
La famille d'alliages de titane à moyenne et~haute résistance
so mécanique convenant à un tel polissage comprend notamment
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Alliages binaires : Ti 8Mn
Alliages ternaires : Ti 6AI 4V,
Ti 7AI 4Mo
Alliages quaternaires : Ti 8AI 1 Mo 1 V,
s Ti 10V 2Fe 3AI,
Ti 6AI 6V 2Sn
Ti 4AI 3Mo 1 V
Ti 10V 2Fe 3AI
Alliages composés de 5 éléments ou plus : Ti 6AI 2Sn 4Zr 6Mo
io Ti 5AI 2Sn 4Zr 4Mo 4Cr
Ti 6AI 2Sn 2Zr 2Mo 2Cr
Ti 'i 5V 3Cr 3AI 3Sn
{les chiffres indiquant le pourcentage en poids dans la composition).
II s'agit en général d'alliages de titane biphasés a + ~ qui offrent un
is compromis optimal entre la ductilité et la résistance mécanique. Des
alliages
presque monophasés a ou des alliages de structure ~ 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
2o phase a, stable à des températures jusqu'à 880°C. Le vanadium
stabilise la
phase a 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}
2s 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.
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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. II est néanmoins aussi possible de combiner l'usage de ces
alliages pour certains éléments ou pour certaines parties de certains éléments
s 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
io polie.
