CH714494B1 - Spiral clockwork spring, in particular a barrel spring or a spiral spring. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'un ressort spiralé d'horlogerie à structure bi-phasée, en alliage de niobium et titane comportant les étapes : - élaboration d'un alliage binaire comportant du niobium et du titane, avec : - niobium : balance à 100% ; - titane entre 45.0% et 48.0% en masse du total, - des traces de composants parmi O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al, entre 0 et 1600 ppm, avec cumul inférieur à 0.3% en masse; - application de déformations alternées à des traitements thermiques pour l'obtention d'une microstructure biphasée comprenant une solution solide de niobium avec du titane en phase β et une solution solide de niobium avec du titane en phase α, la teneur en titane en phase α étant supérieure à 10% en volume, de limite élastique supérieure à 1000 MPa, de module d'élasticité inférieur à 80 GPa ; - tréfilage pour obtenir du fil calandrable; - calandrage ou mise en bague pour former un ressort de barillet, en clé de sol avant son premier armage, ou estrapadage pour former un ressort-spiral de balancier. L'invention porte également sur un ressort spiralé d'horlogerie a structure bi-phasée, en alliage de niobium et titane, comportant entre 45% et 48% en masse total de titane.The invention relates to a method of manufacturing a spiral clockwork spring with a two-phase structure, made of an alloy of niobium and titanium, comprising the steps: - production of a binary alloy comprising niobium and titanium, with: - niobium : 100% balance; - titanium between 45.0% and 48.0% by mass of the total, - traces of components among O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al, between 0 and 1600 ppm, with an accumulation of less than 0.3 % by mass; - application of alternating deformations to heat treatments to obtain a two-phase microstructure comprising a solid solution of niobium with titanium in β phase and a solid solution of niobium with titanium in α phase, the titanium content in α phase being greater than 10% by volume, elastic limit greater than 1000 MPa, modulus of elasticity less than 80 GPa; - wire drawing to obtain calenderable wire; - Calendering or ringing to form a barrel spring, in treble clef before its first winding, or straddling to form a balance spring. The invention also relates to a spiral clockwork spring with a two-phase structure, made of an alloy of niobium and titanium, comprising between 45% and 48% by total mass of titanium.
Description
Domaine de l'inventionField of the invention
[0001] L'invention concerne un ressort spiralé d'horlogerie, notamment un ressort de barillet ou un ressort-spiral, à structure bi-phasée. The invention relates to a spiral clockwork spring, in particular a barrel spring or a spiral spring, with a two-phase structure.
[0002] L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'un ressort spiralé d'horlogerie. [0002] The invention also relates to a method of manufacturing a spiral clockwork spring.
[0003] L'invention concerne le domaine de la fabrication des ressorts d'horlogerie, en particulier des ressorts spiralés de stockage d'énergie, tels que ressorts de barillet ou spiraux moteur ou de sonnerie, ou des ressorts d'oscillateur, tels que des ressorts-spiraux. The invention relates to the field of the manufacture of clockwork springs, in particular coil springs for energy storage, such as barrel springs or motor or striking balance springs, or oscillator springs, such as spiral springs.
Arrière-plan de l'inventionBackground of the invention
[0004] La fabrication de ressorts spiralés de stockage d'énergie pour l'horlogerie doit faire face à des contraintes souvent à première vue incompatibles: nécessité d'obtention d'une limite élastique très élevée, nécessité d'obtention d'un module d'élasticité bas, facilité d'élaboration, notamment de tréfilage, excellente tenue en fatigue, tenue dans le temps, faibles sections, agencement des extrémités: crochet de bonde et bride glissante, avec des fragilités locales et une difficulté d'élaboration.[0004] The manufacture of spiral energy storage springs for watchmaking must face constraints that are often incompatible at first sight: need to obtain a very high elastic limit, need to obtain a low modulus of elasticity, ease of production, especially wire drawing, excellent resistance to fatigue, held over time, low sections, arrangement of the ends: bung hook and sliding flange, with local weaknesses and difficulty in processing.
[0005] La réalisation de ressorts-spiraux est quant à elle centrée sur le souci de la compensation thermique, de façon à garantir des performances chronométriques régulières. Il faut pour cela obtenir un coefficient thermoélastique proche de zéro. [0005] The production of spiral springs is for its part centered on the concern for thermal compensation, so as to guarantee regular chronometric performance. This requires obtaining a thermoelastic coefficient close to zero.
[0006] Toute amélioration sur au moins l'un des points, et en particulier sur la tenue mécanique de l'alliage utilisé, représente donc une avancée significative. Any improvement on at least one of the points, and in particular on the mechanical strength of the alloy used, therefore represents a significant advance.
Résumé de l'inventionSummary of the invention
[0007] L'invention se propose de définir un nouveau type de ressort spiralé d'horlogerie, basé sur la sélection d'un matériau particulier, et de mettre au point le procédé de fabrication adéquat. The invention proposes to define a new type of clockwork spiral spring, based on the selection of a particular material, and to develop the appropriate manufacturing process.
[0008] A cet effet, l'invention concerne un ressort spiralé d'horlogerie à structure bi-phasée, selon la revendication 1. [0008] To this end, the invention relates to a spiral clockwork spring with a two-phase structure, according to claim 1.
[0009] L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'un tel ressort spiralé d'horlogerie, selon la revendication 6. [0009] The invention also relates to a method of manufacturing such a spiral clockwork spring, according to claim 6.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
[0010] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où: la figure 1représente, de façon schématisée et en vue en plan avant son premier armage, un ressort de barillet qui est un ressort spiralé selon l'invention; la figure 2représente, de façon schématisée, un ressort-spiral qui est un ressort spiralé selon l'invention; la figure 3représente la séquence des opérations principales du procédé selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the detailed description which follows, with reference to the accompanying drawings, where: FIG. 1 shows, schematically and in plan view before its first winding, a barrel spring which is a spiral spring according to the invention; FIG. 2 shows, schematically, a spiral spring which is a spiral spring according to the invention; FIG. 3 represents the sequence of the main operations of the method according to the invention.
Description détaillée des modes de réalisation préférésDetailed description of the preferred embodiments
[0011] L'invention concerne un ressort spiralé d'horlogerie à structure bi-phasée. The invention relates to a spiral clockwork spring with a two-phase structure.
[0012] Selon l'invention, le matériau de ce ressort spiralé est un alliage de type binaire comportant du niobium et du titane. According to the invention, the material of this spiral spring is a binary type alloy comprising niobium and titanium.
[0013] Cet alliage comporte: niobium: balance à 100%; une proportion en masse de titane supérieure ou égale à 45.0% du total et inférieure ou égale à 48.0% du total, des traces d'autres composants parmi O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al, chacun desdits composants de traces étant compris entre 0et 1600ppm, et la somme de ces traces étant inférieure ou égale à 0.3% en masse.This alloy comprises: niobium: 100% balance; a proportion by mass of titanium greater than or equal to 45.0% of the total and less than or equal to 48.0% of the total, traces of other components among O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al, each of said trace components being between 0 and 1600ppm, and the sum of these traces being less than or equal to 0.3 % by mass.
[0014] De façon avantageuse, ce ressort spiralé a une microstructure bi-phasée comportant du niobium bêta cubique centré et du titane alpha hexagonal compact. Plus particulièrement, ce ressort spiralé a une microstructure biphasée comprenant une solution solide de niobium avec du titane en phase β (structure cubique centrée) et une solution solide de niobium avec du titane en phase α (structure hexagonale compacte), la teneur en titane en phase α étant supérieure à 10% en volume. Advantageously, this coil spring has a two-phase microstructure comprising centered cubic beta niobium and compact hexagonal alpha titanium. More particularly, this coil spring has a two-phase microstructure comprising a solid solution of niobium with titanium in β phase (centered cubic structure) and a solid solution of niobium with titanium in α phase (compact hexagonal structure), the titanium content in α phase being greater than 10% by volume.
[0015] Pour obtenir une telle structure, et convenant à l'élaboration d'un ressort, il est nécessaire de précipiter une partie de la phase alpha par traitement thermique. To obtain such a structure, and suitable for the development of a spring, it is necessary to precipitate part of the alpha phase by heat treatment.
[0016] Plus le taux de titane est élevé, plus la proportion maximale de phase alpha qui peut être précipitée par traitement thermique est élevée, ce qui incite à rechercher une forte proportion de titane. Mais a contrario, plus le taux de titane est élevé, plus il est difficile d'obtenir uniquement une précipitation de la phase alpha aux intersections des joints de grains. L'apparition de précipités de type Widmastatten alpha-Ti intragranulaire ou la phase ω intragranulaire rend la déformation du matériau difficile, voire impossible, ce qui ne convient alors pas à la réalisation d'un ressort spiralé, et il convient alors de ne pas incorporer trop de titane dans l'alliage. La mise au point de l'invention a permis de déterminer un compromis, avec un optimum entre ces deux caractéristiques voisin de 47% de titane en masse. The higher the titanium content, the higher the maximum proportion of alpha phase which can be precipitated by heat treatment, which encourages the search for a high proportion of titanium. But on the contrary, the higher the titanium content, the more difficult it is to obtain only a precipitation of the alpha phase at the intersections of the grain boundaries. The appearance of intragranular Widmastatten alpha-Ti type precipitates or the intragranular ω phase makes the deformation of the material difficult, if not impossible, which is then not suitable for producing a spiral spring, and it is therefore advisable not to incorporate too much titanium in the alloy. The development of the invention made it possible to determine a compromise, with an optimum between these two characteristics close to 47% titanium by mass.
[0017] Aussi, plus particulièrement, la proportion en masse de titane est supérieure ou égale à 46.5% du total. [0017] Also, more particularly, the proportion by mass of titanium is greater than or equal to 46.5% of the total.
[0018] Plus particulièrement, la proportion en masse de titane est inférieure ou égale à 47.5% du total. More particularly, the proportion by mass of titanium is less than or equal to 47.5% of the total.
[0019] Dans une alternative, la balance à 100% du total en masse est faite par le titane, et la proportion en masse de niobium est supérieure ou égale à 51.7% du total et inférieure ou égale à 55.0% du total. In an alternative, the balance at 100% of the total by mass is made by titanium, and the proportion by mass of niobium is greater than or equal to 51.7% of the total and less than or equal to 55.0% of the total.
[0020] Dans une autre variante de composition, la proportion en masse de titane est supérieure ou égale à 46.0% du total et inférieure ou égale à 50.0% du total. In another variant of the composition, the proportion by mass of titanium is greater than or equal to 46.0% of the total and less than or equal to 50.0% of the total.
[0021] Dans une autre variante encore de composition, la proportion en masse de titane est supérieure ou égale à 53.5% du total et inférieure ou égale à 56.5% du total, et la proportion en masse de niobium est supérieure ou égale à 43.5% du total et inférieure ou égale à 46.5% du total. In yet another variant of the composition, the proportion by mass of titanium is greater than or equal to 53.5% of the total and less than or equal to 56.5% of the total, and the proportion by mass of niobium is greater than or equal to 43.5% of the total and less than or equal to 46.5% of the total.
[0022] Plus particulièrement, dans chaque variante, le total des proportions en masse du titane et du niobium est compris entre 99.7% et 100% du total. More particularly, in each variant, the total of the proportions by mass of titanium and niobium is between 99.7% and 100% of the total.
[0023] Plus particulièrement, la proportion en masse d'oxygène est inférieure ou égale à 0.10% du total, voire encore inférieure ou égale à 0.085% du total. More particularly, the proportion by mass of oxygen is less than or equal to 0.10% of the total, or even less than or equal to 0.085% of the total.
[0024] Plus particulièrement, la proportion en masse de tantale est inférieure ou égale à 0.10% du total. More particularly, the proportion by mass of tantalum is less than or equal to 0.10% of the total.
[0025] Plus particulièrement, la proportion en masse de carbone est inférieure ou égale à 0.04% du total, notamment inférieure ou égale à 0.020% du total, voire encore inférieure ou égale à 0.0175% du total. More particularly, the proportion by mass of carbon is less than or equal to 0.04% of the total, in particular less than or equal to 0.020% of the total, or even less than or equal to 0.0175% of the total.
[0026] Plus particulièrement, la proportion en masse de fer est inférieure ou égale à 0.03% du total, notamment inférieure ou égale à 0.025% du total, voire encore inférieure ou égale à 0.020% du total. More particularly, the proportion by mass of iron is less than or equal to 0.03% of the total, in particular less than or equal to 0.025% of the total, or even less than or equal to 0.020% of the total.
[0027] Plus particulièrement, la proportion en masse d'azote est inférieure ou égale à 0.02% du total, notamment inférieure ou égale à 0.015% du total, voire encore inférieure ou égale à 0.0075% du total. More particularly, the proportion by mass of nitrogen is less than or equal to 0.02% of the total, in particular less than or equal to 0.015% of the total, or even less than or equal to 0.0075% of the total.
[0028] Plus particulièrement, la proportion en masse d'hydrogène est inférieure ou égale à 0.01% du total, notamment inférieure ou égale à 0.0035% du total, voire encore inférieure ou égale à 0.0005% du total. More particularly, the proportion by mass of hydrogen is less than or equal to 0.01% of the total, in particular less than or equal to 0.0035% of the total, or even less than or equal to 0.0005% of the total.
[0029] Plus particulièrement, la proportion en masse de nickel est inférieure ou égale à 0.01% du total. More particularly, the proportion by mass of nickel is less than or equal to 0.01% of the total.
[0030] Plus particulièrement, la proportion en masse de silicium est inférieure ou égale à 0.01% du total. More particularly, the proportion by mass of silicon is less than or equal to 0.01% of the total.
[0031] Plus particulièrement, la proportion en masse de nickel est inférieure ou égale à 0.01% du total, notamment inférieure ou égale à 0.16% du total. More particularly, the proportion by mass of nickel is less than or equal to 0.01% of the total, in particular less than or equal to 0.16% of the total.
[0032] Plus particulièrement, la proportion en masse de matériau ductile ou cuivre est inférieure ou égale à 0.01% du total, notamment inférieure ou égale à 0.005% du total. More particularly, the proportion by mass of ductile or copper material is less than or equal to 0.01% of the total, in particular less than or equal to 0.005% of the total.
[0033] Plus particulièrement, la proportion en masse d'aluminium est inférieure ou égale à 0.01% du total. More particularly, the proportion by mass of aluminum is less than or equal to 0.01% of the total.
[0034] Ce ressort spiralé a une limite élastique supérieure ou égale à 1000MPa. This spiral spring has an elastic limit greater than or equal to 1000 MPa.
[0035] Plus particulièrement, le ressort spiralé a une limite élastique supérieure ou égale à 1500MPa. More particularly, the spiral spring has an elastic limit greater than or equal to 1500 MPa.
[0036] Plus particulièrement encore, le ressort spiralé a une limite élastique supérieure ou égale à 2000MPa. More particularly still, the spiral spring has an elastic limit greater than or equal to 2000 MPa.
[0037] De façon avantageuse, ce ressort spiralé a un module d'élasticité supérieur à 60GPa et inférieur ou égal à 80GPa. Advantageously, this spiral spring has a modulus of elasticity greater than 60GPa and less than or equal to 80GPa.
[0038] L'alliage ainsi déterminé permet, selon le traitement appliqué en cours d'élaboration, la confection de ressorts spiralés qui sont des ressorts-spiraux avec une limite élastique supérieure ou égale à 1000MPa, ou des ressorts de barillet, notamment lorsque la limite élastique est supérieure ou égale à 1500MPa. The alloy thus determined allows, depending on the treatment applied during development, the making of spiral springs which are spiral springs with an elastic limit greater than or equal to 1000 MPa, or barrel springs, in particular when the elastic limit is greater than or equal to 1500MPa.
[0039] L'application à un ressort-spiral nécessite des propriétés aptes à garantir le maintien des performances chronométriques malgré la variation des températures d'utilisation d'une montre incorporant un tel ressort-spiral. Le coefficient thermoélastique, dit aussi CTE, de l'alliage a alors une grande importance. L'alliage en phase bêta écroui présente un CTE fortement positif, et la précipitation de la phase alpha qui possède un CTE fortement négatif, permet de ramener l'alliage biphasé à un CTE proche de zéro, ce qui est particulièrement favorable. Pour former un oscillateur chronométrique avec un balancier en CuBe ou en maillechort, un CTE de +/- 10.10<-6>/°C doit être atteint. The application to a hairspring requires properties capable of guaranteeing the maintenance of chronometric performance despite the variation in the temperatures of use of a watch incorporating such a hairspring. The thermoelastic coefficient, also called CTE, of the alloy is then of great importance. The hardened beta phase alloy exhibits a strongly positive CTE, and the precipitation of the alpha phase, which has a strongly negative CTE, makes it possible to bring the two-phase alloy to a CTE close to zero, which is particularly favorable. To form a chronometric oscillator with a CuBe or nickel silver balance, a CTE of +/- 10.10 <-6> / ° C must be reached.
[0040] La formule qui lie le CTE de l'alliage et les coefficients de dilatation du spiral et du balancier est la suivante: The formula which links the CTE of the alloy and the expansion coefficients of the hairspring and the balance is as follows:
[0041] Les variables M et T sont respectivement la marche et la température. E est le module de Young du ressort-spiral, et, dans cette formule, β et α s'expriment en °C<-1>. The variables M and T are the rate and the temperature, respectively. E is the Young's modulus of the hairspring, and, in this formula, β and α are expressed in ° C <-1>.
[0042] CT est le coefficient thermique de l'oscillateur, (1/E. dE/dT) est le CTE de l'alliage spiral, β est le coefficient de dilatation du balancier et α celui du spiral. CT is the thermal coefficient of the oscillator, (1 / E. DE / dT) is the CTE of the balance spring alloy, β is the expansion coefficient of the balance and α that of the balance spring.
[0043] L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'un ressort spiralé d'horlogerie, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre successivement les étapes suivantes: (10) élaboration d'une ébauche dans un alliage comportant du niobium et du titane, qui est un alliage de type binaire comportant du niobium et du titane, et qui comporte: niobium: balance à 100%; une proportion en masse de titane supérieure ou égale à 45.0% du total et inférieure ou égale à 48.0% du total, des traces d'autres composants parmi O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al, chacun desdits composants de traces étant compris entre 0et 1600ppm, et la somme desdites traces étant inférieure ou égale à 0.3% en masse; (20) application audit alliage de séquences couplées de déformation-traitement thermique de précipitation, comportant l'application de déformations alternées à des traitements thermiques, jusqu'à l'obtention d'une microstructure biphasée comprenant une solution solide de niobium avec du titane en phase β et une solution solide de niobium avec du titane en phase α, la teneur en titane en phase α étant supérieure à 10% en volume, avec une limite élastique supérieure ou égale à 1000MPa, et un module d'élasticité supérieur à 60GPa et inférieur ou égal à 80GPa; (30) tréfilage jusqu'à l'obtention d'un fil de section ronde, et laminage à profil rectangulaire compatible avec la section d'entrée d'une calandre ou d'une broche d'estrapadage ou avec une mise en bague dans le cas d'un ressort de barillet; (40) calandrage en clé de sol des spires pour former un ressort de barillet avant son premier armage, ou estrapadage pour former un ressort-spiral, ou mise en bague et traitement thermique pour un ressort de barillet.The invention also relates to a method of manufacturing a spiral clockwork spring, characterized in that the following steps are successively implemented: (10) production of a blank in an alloy comprising niobium and titanium, which is a binary type alloy comprising niobium and titanium, and which comprises: niobium: 100% balance; a proportion by mass of titanium greater than or equal to 45.0% of the total and less than or equal to 48.0% of the total, traces of other components among O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al, each of said trace components being between 0 and 1600ppm, and the sum of said traces being less than or equal to 0.3% en masse; (20) application to said alloy of coupled sequences of deformation-heat treatment of precipitation, comprising the application of alternating deformations to heat treatments, until a two-phase microstructure comprising a solid solution of niobium with titanium in β phase and a solid solution of niobium with titanium in α phase, the titanium content in α phase being greater than 10% by volume, with an elastic limit greater than or equal to 1000 MPa, and a modulus of elasticity greater than 60GPa and less than or equal to 80GPa; (30) drawing until a wire with a round section is obtained, and rolling with a rectangular profile compatible with the entry section of a calender or of a stripping spindle or with a ring setting in the case of a mainspring; (40) treble calendering of the turns to form a barrel spring before its first winding, or straddling to form a spiral spring, or ringing and heat treatment for a barrel spring.
[0044] De façon particulière, on effectue l'application à cet alliage de séquences couplées 20de déformation-traitement thermique de précipitation, comportant l'application de déformations (21) alternées à des traitements thermiques (22), jusqu'à l'obtention d'une microstructure biphasée comprenant une solution solide de niobium avec du titane en phase β et une solution solide de niobium avec du titane en phase α, la teneur en titane en phase α étant supérieure à 10% en volume, avec une limite élastique supérieure ou égale à 2000MPa. Plus particulièrement, le cycle de traitement comporte alors préalablement une trempe bêta (15) à un diamètre donné, de façon à ce que toute la structure de l'alliage soit bêta, puis une succession de ces séquences couplées de déformation-traitement thermique de précipitation. In particular, the application to this alloy of coupled sequences 20de deformation-heat treatment of precipitation is carried out, comprising the application of deformations (21) alternating with heat treatments (22), until obtaining of a two-phase microstructure comprising a solid solution of niobium with titanium in β phase and a solid solution of niobium with titanium in α phase, the content of titanium in α phase being greater than 10% by volume, with an upper elastic limit or equal to 2000MPa. More particularly, the treatment cycle then comprises beforehand a beta quenching (15) at a given diameter, so that the entire structure of the alloy is beta, then a succession of these coupled sequences of deformation-heat treatment of precipitation. .
[0045] Dans ces séquences couplées de déformation-traitement thermique de précipitation, chaque déformation est effectuée avec un taux de déformation donné compris entre 1et 5, ce taux de déformation répondant à la formule classique 2ln(d0/d), où d0est le diamètre de la dernière trempe bêta, et où d est le diamètre du fil écroui. Le cumul global des déformations sur l'ensemble de cette succession de phases amène un taux total de déformation compris entre 1et 14. Chaque séquence couplée de déformation-traitement thermique de précipitation comporte, à chaque fois, un traitement thermique de précipitation de la phase alpha Ti (300-700°C, 1h-30h). In these coupled sequences of deformation-heat treatment of precipitation, each deformation is carried out with a given deformation rate between 1 and 5, this deformation rate corresponding to the conventional formula 2ln (d0 / d), where d0 is the diameter of the last beta hardening, and where d is the diameter of the hardened wire. The global accumulation of the deformations over the whole of this succession of phases brings a total rate of deformation between 1 and 14. Each coupled sequence of deformation-heat treatment of precipitation comprises, each time, a heat treatment of precipitation of the alpha phase. Ti (300-700 ° C, 1h-30h).
[0046] Cette variante de procédé comportant une trempe bêta est particulièrement adaptée à la fabrication de ressorts de barillet. Plus particulièrement, cette trempe bêta est un traitement de mise en solution, avec une durée comprise entre 5minutes et 2heures à une température comprise entre 700°C et 1000°C, sous vide, suivie d'un refroidissement sous gaz. This variant of the process comprising a beta quenching is particularly suitable for the manufacture of barrel springs. More particularly, this beta quenching is a solution treatment, with a duration of between 5 minutes and 2 hours at a temperature of between 700 ° C and 1000 ° C, under vacuum, followed by cooling under gas.
[0047] Plus particulièrement encore, cette trempe bêta est un traitement de mise en solution, avec 1heure à 800°C sous vide, suivie d'un refroidissement sous gaz. More particularly still, this beta quenching is a solution treatment, with 1 hour at 800 ° C. under vacuum, followed by cooling under gas.
[0048] Pour revenir aux séquences couplées de déformation-traitement thermique de précipitation, plus particulièrement chaque séquence couplée de déformation-traitement thermique de précipitation comporte un traitement de précipitation d'une durée un traitement de précipitation d'une durée comprise entre 1heure et 80heures à une température comprise entre 350°C et 700°C. Plus particulièrement, la durée est comprise entre 1heure et 10heures à une température comprise entre 380°C et 650°C. Plus particulièrement encore, la durée est de 1heure à 12heures, à une température de 380°C. De préférence, on applique des traitements thermiques longs, par exemple des traitements thermiques réalisés pendant une durée comprise entre 15heures et 75heures à une température comprise entre 350°C et 500°C. Par exemple on applique des traitements thermiques de 75h à 400h à 350°C, de 25h à 400°C ou de 18h à 480°C. To return to the coupled sequences of deformation-heat treatment of precipitation, more particularly each coupled sequence of deformation-heat treatment of precipitation comprises a precipitation treatment lasting a precipitation treatment lasting between 1 hour and 80 hours at a temperature between 350 ° C and 700 ° C. More particularly, the duration is between 1 hour and 10 hours at a temperature between 380 ° C and 650 ° C. More particularly still, the duration is from 1 hour to 12 hours, at a temperature of 380 ° C. Preferably, long heat treatments are applied, for example heat treatments carried out for a period of between 15 hours and 75 hours at a temperature of between 350 ° C and 500 ° C. For example, heat treatments are applied from 75h to 400h at 350 ° C, from 25h to 400 ° C or from 18h to 480 ° C.
[0049] Plus particulièrement, le procédé comporte entre une et cinq, de préférence de trois à cinq, séquences couplées de déformation-traitement thermique de précipitation. More particularly, the method comprises between one and five, preferably three to five, coupled sequences of deformation-heat treatment of precipitation.
[0050] Plus particulièrement, la première séquence couplée de déformation-traitement thermique de précipitation comporte une première déformation avec au moins 30% de réduction de section. More particularly, the first coupled sequence of deformation-heat treatment of precipitation comprises a first deformation with at least 30% reduction in section.
[0051] Plus particulièrement, chaque séquence couplée de déformation-traitement thermique de précipitation, autre que la première, comporte une déformation entre deux traitements thermiques de précipitation avec au moins 25% de réduction de section. More particularly, each coupled sequence of deformation-heat treatment of precipitation, other than the first, comprises a deformation between two heat treatments of precipitation with at least 25% reduction in section.
[0052] Plus particulièrement, après cette élaboration de ladite ébauche en alliage, et avant le tréfilage, dans une étape supplémentaire 25, on ajoute à l'ébauche une couche superficielle de matériau ductile pris parmi le cuivre, le nickel, le cupro-nickel, le cupro-manganèse, l'or, l'argent, le nickel-phosphore Ni-P et le nickel-bore Ni-B, ou similaire, pour faciliter la mise en forme de fil par étirage et tréfilage et laminage. Et, après le tréfilage, ou après le laminage, ou après une opération ultérieure de calandrage ou estrapadage, ou encore de mise en bague et traitement thermique dans le cas d'un ressort de barillet, on débarrasse le fil de sa couche du matériau ductile, notamment par attaque chimique, dans une étape 50. More particularly, after this preparation of said alloy blank, and before wire drawing, in an additional step 25, a surface layer of ductile material is added to the blank from among copper, nickel, cupro-nickel , cupro-manganese, gold, silver, nickel-phosphorus Ni-P and nickel-boron Ni-B, or the like, to facilitate wire forming by drawing and drawing and rolling. And, after wire drawing, or after rolling, or after a subsequent calendering or stretching operation, or even ringing and heat treatment in the case of a barrel spring, the wire is freed from its layer of ductile material. , in particular by chemical attack, in a step 50.
[0053] Pour le ressort de barillet, il est en effet possible d'effectuer la fabrication par mise en bague et traitement thermique, où la mise en bague remplace le calandrage. Le ressort de barillet est encore généralement traité thermiquement après mise en bague ou après calandrage. For the barrel spring, it is in fact possible to carry out the production by ringing and heat treatment, where the ringing replaces the calendering. The barrel spring is still generally heat treated after ringing or after calendering.
[0054] Un ressort spiral est, quant à lui, généralement, encore traité thermiquement après estrapadage. A spiral spring is, for its part, generally still heat-treated after slipping.
[0055] Plus particulièrement, on effectue la dernière phase de déformation sous la forme d'un laminage à plat, et on pratique le dernier traitement thermique sur le ressort calandré ou mis en bague ou estrapadé. Plus particulièrement, après le tréfilage, on lamine le fil à plat, avant la fabrication du ressort proprement dit par calandrage ou estrapadage ou mise en bague. More particularly, the last phase of deformation is carried out in the form of a flat rolling, and the last heat treatment is carried out on the calendered or ringed or estrapadé spring. More particularly, after drawing, the wire is rolled flat, before the manufacture of the spring proper by calendering or slipping or ringing.
[0056] Dans une variante, on dépose la couche superficielle de matériau ductile de façon à constituer un ressort spiral dont le pas n'est pas un multiple de l'épaisseur de la lame. Dans une autre variante, on dépose la couche superficielle de matériau ductile de façon à constituer un ressort dont le pas est variable. In a variant, the surface layer of ductile material is deposited so as to constitute a spiral spring, the pitch of which is not a multiple of the thickness of the blade. In another variant, the surface layer of ductile material is deposited so as to constitute a spring whose pitch is variable.
[0057] Dans une application horlogère particulière, du matériau ductile ou cuivre est ainsi ajouté à un moment donné pour faciliter la mise en forme du fil par étirage et tréfilage, de telle manière à ce qu'il en reste une épaisseur de 10à 500micromètres sur le fil au diamètre final de 0.3à 1millimètres. Le fil est débarrassé de sa couche de matériau ductile ou cuivre notamment par attaque chimique, puis est laminé à plat avant la fabrication du ressort proprement dit. In a particular horological application, ductile or copper material is thus added at a given time to facilitate the shaping of the wire by drawing and drawing, so that there remains a thickness of 10 to 500 micrometers on the wire to the final diameter of 0.3 to 1 millimeters. The wire is stripped of its layer of ductile or copper material in particular by chemical attack, then is rolled flat before the manufacture of the spring itself.
[0058] L'apport de matériau ductile ou cuivre peut être galvanique, ou bien mécanique, c'est alors une chemise ou un tube de matériau ductile ou cuivre qui est ajusté sur une barre d'alliage niobium-titane à un gros diamètre, puis qui est amincie au cours des étapes de déformation du barreau composite. The supply of ductile or copper material can be galvanic, or else mechanical, it is then a jacket or a tube of ductile or copper material which is fitted to a bar of niobium-titanium alloy with a large diameter, then which is thinned during the stages of deformation of the composite bar.
[0059] L'enlèvement de la couche est notamment réalisable par attaque chimique, avec une solution à base de cyanures ou à base d'acides, par exemple d'acide nitrique. Removal of the layer can in particular be carried out by chemical attack, with a solution based on cyanides or based on acids, for example nitric acid.
[0060] L'invention permet, ainsi, notamment la réalisation d'un ressort spiralé de barillet en alliage de type niobium-titane, typiquement à 47% en masse de titane (46-50%). Par une combinaison adéquate d'étapes de déformation et de traitement thermique, il est possible d'obtenir une microstructure bi-phasée lamellaire très fine, en particulier nanométrique, comprenant une solution solide de niobium avec du titane en phase β et une solution solide de niobium avec du titane en phase α, la teneur en titane en phase α étant supérieure à 10% en volume. Cet alliage combine une limite élastique très élevée, supérieure au moins à 1000MPa, ou supérieure à 1500MPa, voire à 2000MPa sur du fil, et un module d'élasticité très bas, de l'ordre de 60Gpa à 80GPa. Cette combinaison de propriétés convient bien pour un ressort de barillet ou ressort-spiral. Cet alliage de type niobium-titane se laisse facilement recouvrir de matériau ductile ou cuivre, ce qui facilite grandement sa déformation par tréfilage. The invention thus makes it possible in particular to produce a coil spring made of a niobium-titanium type alloy, typically containing 47% by mass of titanium (46-50%). By a suitable combination of deformation and heat treatment steps, it is possible to obtain a very fine, in particular nanometric, two-phase lamellar microstructure, comprising a solid solution of niobium with titanium in the β phase and a solid solution of niobium with titanium in the α phase, the titanium content in the α phase being greater than 10% by volume. This alloy combines a very high elastic limit, greater than at least 1000 MPa, or greater than 1500 MPa, or even 2000 MPa on wire, and a very low modulus of elasticity, of the order of 60Gpa to 80GPa. This combination of properties works well for a barrel or hairspring. This niobium-titanium type alloy can easily be covered with ductile material or copper, which greatly facilitates its deformation by drawing.
[0061] Un tel alliage est connu et utilisé pour la fabrication de supraconducteurs, tels qu'appareils d'imagerie par résonance magnétique, ou accélérateurs de particules), mais n'est pas utilisé en horlogerie. Sa microstructure fine et bi-phasée est recherchée dans le cas des supraconducteurs pour des raisons physiques et a comme effet collatéral bienvenu une amélioration des propriétés mécaniques de l'alliage. Such an alloy is known and used for the manufacture of superconductors, such as magnetic resonance imaging devices, or particle accelerators), but is not used in watchmaking. Its fine and two-phase microstructure is sought after in the case of superconductors for physical reasons and has as a welcome side effect an improvement in the mechanical properties of the alloy.
[0062] Un alliage de type NbTi47convient particulièrement bien pour la réalisation d'un ressort de barillet, et aussi pour la réalisation de ressorts-spiraux. An alloy of the NbTi47 type is particularly suitable for the production of a barrel spring, and also for the production of spiral springs.
[0063] Un alliage de type binaire comportant du niobium et du titane, du type sélectionné ci-dessus pour la mise en oeuvre de l'invention, est également susceptible d'être utilisé comme fil spiral, il présente un effet similaire à celui de l' „Elinvar“, avec un coefficient thermo-élastique pratiquement nul dans la plage de températures d'utilisation usuelle de montres, et apte à la fabrication de spiraux auto-compensateurs, en particulier pour des alliages niobium-titane avec une proportion en masse de titane de 40%, 50%, ou 65%. A binary type alloy comprising niobium and titanium, of the type selected above for the implementation of the invention, is also capable of being used as a spiral wire, it has an effect similar to that of the "Elinvar", with a thermoelastic coefficient practically zero in the temperature range of usual use of watches, and suitable for the manufacture of self-compensating balance-springs, in particular for niobium-titanium alloys with a mass proportion 40%, 50%, or 65% titanium.
[0064] La sélection de composition selon l'invention s'est imposée aussi par ailleurs pour l'application supraconducteur, et est favorable en raison de la teneur en titane, qui évite les inconvénients: des alliages trop chargés en titane, où apparaît une phase martensitique, et où l'on se heurte à des difficultés de mise en forme; des alliages trop faibles en titane, qui se traduisent par moins de phase alpha lors du ou des traitements thermiques de précipitation.The selection of composition according to the invention was also imposed, moreover, for the superconducting application, and is favorable because of the titanium content, which avoids the drawbacks: alloys too loaded with titanium, where a martensitic phase appears, and where shaping difficulties are encountered; alloys that are too low in titanium, which result in less alpha phase during the heat treatment (s) of precipitation.
[0065] La mise en forme du lacet d'un ressort-spiral implique d'éviter les alliages à fort titane, et la nécessité de l'atteinte de la compensation thermique spiral implique d'éviter les alliages à bas titane. The shaping of the lace of a spiral spring involves avoiding high titanium alloys, and the need to achieve thermal spring compensation involves avoiding low titanium alloys.
Claims (6)
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH01593/17A CH714494B1 (en) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | Spiral clockwork spring, in particular a barrel spring or a spiral spring. |
EP18176374.9A EP3422116B1 (en) | 2017-06-26 | 2018-06-06 | Timepiece hairspring |
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