COMPOSANT HORLOGER EN LAITON SANS PLOMB ET SON PROCEDE DE FABRICATION

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] L'invention concerne un composant horloger réalisé dans un laiton sans plomb et son procédé de fabrication.

Arrière-plan technologique

[0002] Dans le domaine horloger, de nombreux composants sont réalisés dans du laiton traditionnel contenant du plomb tel que l'alliage CuZn38Pb2. Cet élément dont la teneur dans le laiton est de 2 à 3% permet une meilleure usinabilité. Cependant, le plomb présente une certaine toxicité, même à basse concentration. L'élimination du plomb dans les matériaux devient donc aujourd'hui une nécessité.

[0003] L'alliage CuZn42 est un laiton avec une très faible teneur en plomb (inférieure à 0.2% en poids) néanmoins apte à l'usinage grâce à sa structure biphasée α+β. Sa composition sans plomb en fait un matériau de choix pour une application horlogère. Cependant, l'élaboration de ce matériau pour un composant horloger n'est à ce jour pas adaptée pour obtenir l'extrême précision en termes de dimensionnement et planéité requise pour un tel composant.

[0004] En effet, le matériau à l'état semi-fini après une étape de mise en forme par déformation (laminage, extrusion, etc.) présente des contraintes internes qui affectent le dimensionnement de la pièce lors de son usinage. Il est connu de réaliser un revenu de détente avant l'étape d'usinage de manière à relaxer ces contraintes internes et dès lors à éviter les déformations non désirées lors de l'usinage. A ce jour, les gammes de températures du revenu de détente sont optimisées pour les laitons au Pb avec typiquement une température de revenu comprise entre 250°C et 300°C. Le traitement thermique dans cette gamme de températures permet de relaxer les contraintes tout en maintenant une dureté semblable après le revenu du matériau. Il s'avère que ces paramètres ne sont pas adaptés pour les laitons sans Pb, une baisse trop importante de la dureté étant observée à ces gammes de températures.

[0005] Il convient dès lors de développer un procédé de fabrication pour les laitons sans Pb adapté aux exigences des composants horlogers.

[0006] De l'art antérieur, on connaît le document CN 112 251 628 divulguant un laiton sans plomb où le plomb est remplacé par du silicium avec une teneur en poids comprise entre 0.5 et 1.5%. Le procédé de fabrication comporte après la coulée, une étape de mise en solution à une température de 600°C +/-50°C et un traitement thermique de vieillissement à une température de 230°C +/-20°C. L'ajout de silicium permet, après les traitements thermiques de mise en solution et de vieillissement, la précipitation d'intermétalliques riches en silicium jouant le rôle de brise-copeaux durs. L'alliage ainsi fabriqué présente de bonnes propriétés d'usinabilité ainsi qu'une charge à la rupture augmentée suite au traitement thermique de vieillissement. Il est utilisé pour des vannes, des accessoires relaxer les contraintes internes.

[0007] Le document EP 3 385 795 A1 divulgue un traitement de durcissement du laiton sans plomb.

Résumé de l'invention

[0008] L'invention a pour but de pallier aux inconvénients précités en proposant un nouveau procédé de fabrication d'un composant horloger réalisé dans du laiton sans plomb avec une étape de relaxation des contraintes internes optimisée pour l'alliage CuZn42 ayant été au préalable mis en forme par déformation. Outre son absence de plomb, cet alliage présente les avantages suivants. Il a une teneur en zinc plus élevée avec pour corollaire un taux de phase β plus élevé, typiquement de 30%, ce qui permet d'améliorer l'usinabilité. Ensuite, l'alliage CuZn42 a un potentiel d'écrouissage plus élevé que le laiton au plomb, ce qui permet lors de l'étape de mise en forme par déformation d'atteindre une dureté supérieure à 200HV. Ces avantages en font un bon candidat pour remplacer le laiton au plomb dans les composants horlogers.

[0009] Selon l'invention, le procédé de fabrication, et en particulier l'étape de revenu de détente, a été optimisé pour réduire la perte de dureté après revenu à une différence inférieure ou égale à 30 HV2, voire à 20 HV2, voire même à 10 HV2. La dureté cible après revenu est comprise entre 120 et 190 HV2, de préférence entre 150 et 190 HV2, plus préférentiellement entre 170 et 190 HV2, et encore plus préférentiellement entre 180 et 190 HV2. En fonction de la dureté du matériau avant revenu qui est variable selon le taux d'écrouissage, une perte de dureté plus ou moins grande après revenu est autorisée.

[0010] Plus précisément, l'invention se rapporte au procédé de fabrication d'un composant horloger en laiton CuZn42 ayant une dureté comprise entre 120 et 190 HV2, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

• Mise à disposition d'une pièce semi-finie ayant été mise en forme par déformation, ladite pièce semi-finie étant réalisée dans un matériau en laiton CuZn42 et ayant une dureté comprise entre 130 et 220 HV2, de préférence entre 160 et 220 HV2, plus préférentiellement entre 170 et 220 HV2, et encore plus préférentiellement entre 180 et 220 HV2,
• Traitement thermique de détente de ladite pièce semi-finie à une température comprise entre 170 et 230°C avec un temps de maintien à ladite température compris entre 20 minutes et 10 heures, de préférence entre 30 minutes et 5 heures, plus préférentiellement entre 1 heure et 4 heures,
• Usinage et finition de ladite pièce semi-finie pour réaliser le composant horloger.

[0011] L'invention porte également sur le composant horloger issu du procédé de fabrication, comme décrit dans la revendication 10. Il présente pour caractéristique d'avoir une dureté comprise entre 120 et 190 HV2, de préférence entre 150 et 190 HV2, plus préférentiellement entre 170 et 190 HV2, encore plus préférentiellement entre 180 et 190 HV2 et d'être détendu. Les composants horlogers, en particulier ceux du mouvement, réalisés dans cet alliage détendu sont caractérisés par une déformation minimale, typiquement quelques dixièmes de microns maximum, après usinage par soustraction de matière. Cette condition assure la planéité et les ébats entre les différents niveaux mécaniques du mouvement. De même, l'écart de position des usinages caractéristiques (alésages, creusures, ...) de chaque niveau d'assemblage est minimal, ce qui permet d'assurer l'ajustement des composants reliant mécaniquement les niveaux entre eux et, en particulier, de garantir la co-axialité des axes qui sont retenus par les ponts.

[0012] Pour caractériser cet état de détente du matériau sur le produit final, une méthodologie a été mise au point pour différencier un composant horloger ayant été soumis au revenu de détente optimisé selon l'invention et un composant horloger n'ayant pas été détendu avec le procédé selon l'invention. Elle consiste à mesurer le module de cisaillement dynamique M₁₀₀ sur le produit final et à le mesurer à nouveau après un traitement thermique à 200°C pendant 1 heure, le delta M₁₀₀ (ΔM₁₀₀) avant et après traitement thermique étant une mesure de l'état de relaxation des contraintes au sein du matériau. Une faible variation du module de cisaillement dynamique indique que le traitement thermique n'affecte plus significativement les mécanismes en jeu lors de la relaxation des contraintes. Typiquement, un delta M₁₀₀ inférieur à 0.4 GPa permet de s'assurer que le composant horloger mis sur le marché a bien été soumis à un revenu de détente selon le procédé de l'invention.

Brève description des figures

[0013] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante de modes de réalisation préférés, présentés à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.

La figure 1 représente un composant horloger selon l'invention réalisé dans le laiton CuZn42.

Les figures 2A et 2B représentent comparativement l'évolution de la dureté en fonction de la température de revenu pour respectivement un laiton au Pb CuZn38Pb2 et le laiton sans Pb CuZn42 utilisé dans le cadre de l'invention.

La figure 3 montre l'évolution du module de cisaillement à 100°C M₁₀₀ en fonction de la durée de maintien à 180°C (T1) et à 200°C (T2) pour le CuZn42 avec une dureté à l'état écroui de 175 HV2.

La figure 4 montre l'évolution du module de cisaillement à 100°C M₁₀₀ en fonction de la durée de maintien à 180°C pour des laitons CuZn42 ayant des duretés différentes à l'état écroui ainsi qu'un résultat à 220°C pendant 1 heure pour un laiton CuZn42 ayant une dureté à l'état écroui de 210 HV2.

La figure 5 représente la géométrie de la jauge de déformation utilisée pour déterminer l'état de détente du laiton CuZn42. L'axe A-A est parallèle à la direction de laminage.

Description détaillée de l'invention

[0014] La présente invention se rapporte au procédé de fabrication d'un composant horloger réalisé dans un laiton sans Pb et plus spécifiquement dans l'alliage CuZn42. L'alliage CuZn42 selon la norme ASTM C28500 a la composition suivante en poids : Cu entre 57 et 59% (bornes incluses), Pb ≤ 0.2%, Sn ≤ 0.3%, Fe ≤ 0.3%, Ni ≤ 0.2%, Al ≤ 0.05%, autres éléments ≤ 0.2%, Zn balance à 100%. Il comporte ainsi une teneur en Si inférieure ou égale à 0.2%. Il est précisé ici que des adaptations au niveau de la composition, et en particulier pour les éléments Sn, Fe, Ni et In, sont possibles et s'écartent très sensiblement de la norme ASTM C28500. Par exemple, les teneurs en poids en Fe, Sn, Ni et In pourraient monter jusqu'à respectivement 0.5, 0.5, 0.5 et 0.3%. On considère que de telles adaptations couvrent l'alliage CuZn42.

[0015] Le procédé de fabrication selon l'invention est adapté pour tous les composants horlogers et en particulier les composants du mouvement. Il est cependant plus spécifiquement adapté pour des composants présentant des exigences de précision importantes en termes de dimensions tels que la platine, les ponts (fig.1), l'ébauche, le barillet, le couvercle du barillet, le tambour du barillet, etc. Dans le cas du barillet, le tambour et le couvercle ont une paroi fine pour un diamètre externe important avec typiquement un rapport diamètre extérieur/épaisseur de la paroi de 45, la réalisation des parois fines sans déformation résiduelle étant particulièrement critique lors de l'usinage. Plus généralement, le rapport diamètre extérieur/épaisseur de la paroi est compris entre 20 et 70.

[0016] Selon l'invention, le composant horloger en laiton CuZn42 a une dureté HV2 comprise entre 120 et 190, de préférence entre 150 et 190, plus préférentiellement entre 170 et 190, encore plus préférentiellement entre 180 et 190, la dureté Vickers étant mesurée par exemple sur une machine semi-automatique Shimadzu HMV-G20 avec une charge de 2kg. La détection de la taille des empreintes est faite manuellement avec les valeurs moyennes précitées déterminées sur la base d'au moins 3 mesures. Le procédé de fabrication est dès lors optimisé pour obtenir sur le produit final cette dureté cible tout en relaxant les contraintes lors du revenu de détente pour éviter les déformations non voulues lors de l'usinage.

[0017] Le procédé de fabrication du composant horloger selon l'invention comprend ainsi au moins les étapes suivantes :

• Mise à disposition d'une pièce semi-finie ayant été mise en forme par déformation par laminage, extrusion, etc.; en d'autres mots, mise à disposition d'une pièce semi-finie à l'état écroui. Cette pièce semi-finie a une dureté comprise entre 130 et 220 HV2, de préférence entre 160 et 220 HV2, plus préférentiellement entre 170 et 220 HV2, et encore plus préférentiellement entre 180 et 220 HV2. A composition chimique équivalente, la dureté de la pièce semi-finie peut être modulée en fonction du taux d'écrouissage et donc du taux de déformation appliquée lors de la mise en forme,
• Traitement thermique de ladite pièce semi-finie, aussi dit revenu de détente, dans une gamme de températures comprise entre 170°C et 230°C (bornes comprises), de préférence entre 180°C et 220°C, avec un temps de maintien dans ces gammes de températures compris entre 20 minutes et 10 heures, de préférence entre 30 minutes et 5 heures et plus préférentiellement entre 1 heure et 4 heures,
• Usinage et finition dudit produit pour obtenir le composant horloger.

[0018] La pièce semi-finie mise à disposition est typiquement une bande laminée ou une barre extrudée. Elle peut déjà avoir été découpée, éventuellement mise à épaisseur, après la mise en forme par déformation, par exemple sous forme de barquettes ou de rondelles et éventuellement pré-usinée par exemple par détourage. En variante, le procédé peut comporter une étape additionnelle de découpage et optionnellement de mise à épaisseur et de pré-usinage avant le traitement thermique de détente. Cette étape de découpage est réalisée sur la matière écrouie, c.à.d. avant le revenu de détente, de manière à disposer d'une matière dure, ce qui facilite ce découpage.

[0019] Après le revenu de détente, la pièce semi-finie peut être usinée pour obtenir la forme finale du composant horloger sans déformation résiduelle. L'usinage est réalisé par fraisage, perçage et/ou taraudage ou tout autre opération d'usinage par enlèvement de copeaux. L'usinage peut être suivi d'un traitement de finition, tel que du polissage et/ou du gravage pour la décoration.

[0020] Selon l'invention, le revenu de détente est réalisé dans une gamme de températures comprise entre 170°C et 230°C. Typiquement, le revenu est réalisé dans une gamme de températures comprise entre 175°C et 195°C pendant un temps compris entre 1 heure et 4 heures. Le revenu de détente a pour objet de relaxer les contraintes internes sans affecter significativement la dureté. Plus précisément, les mécanismes physiques en jeu lors du revenu de détente ont pour fonction principale la réorganisation locale des défauts engendrés au cours de la mise en forme. L'apport d'énergie thermique lors du revenu permet principalement l'activation de la diffusion des défauts qui, grâce à leur mobilité, peuvent s'annihiler ou se reconfigurer de manière à minimiser l'énergie locale. Les défauts à l'échelle atomique sont principalement des défauts linéaires dans les grains (dislocations), lacunes, interstitiels, substitutionnels ou d'autres défauts ponctuels. Afin de maintenir le niveau de dureté, il faut éviter, au cours de la détente, d'activer une modification structurelle à grande échelle telle que la recristallisation, qui modifie profondément l'état métallurgique de la matière (taille de grains, rapport et composition chimique des phases). Selon l'invention, la perte de dureté entre avant et après le revenu de détente est inférieure ou égale à 30 HV2, de préférence inférieure ou égale à 20 HV2, plus préférentiellement inférieure ou égale à 10 HV2. Le delta de dureté autorisé est déterminé sur base de la dureté cible sur le produit final et de la dureté initiale modulée en fonction de la composition de l'alliage et du taux de déformation appliquée lors de la mise en forme. Ainsi, pour une pièce semi-finie avec un taux d'écrouissage plus élevé menant à une dureté de 200 HV2, un delta de 20 ou 30 HV2 est autorisé pour atteindre la cible de dureté autour des 180 HV2. La chute de la dureté augmentant avec la température, une température de revenu plus élevée peut être préconisée lorsque la dureté initiale est élevée. Avantageusement, lorsque la pièce semi-finie a une dureté supérieure ou égale à 130 HV2 et inférieure à 180 HV2, le traitement thermique de détente peut être effectué à une température comprise entre 175° et 195°C pendant un temps compris entre 30 minutes et 5 heures, de préférence entre 1 et 4 heures. Avantageusement, lorsque la pièce semi-finie a une dureté comprise entre 180 et 220 HV2, le traitement thermique de détente peut être effectué à une température comprise entre 195°C et 220°C pendant un temps compris entre 30 minutes et 5 heures, de préférence entre 1 et 4 heures.

[0021] De nombreux essais ont été réalisés pour déterminer la gamme de températures et de temps optimum pour réaliser la détente sans adoucir significativement le matériau. Comme illustré aux figures 2A et 2B, le laiton avec Pb (CuZn38Pb2 avec HV2 à l'état écroui de 169) conventionnellement utilisé dans le domaine horloger et le laiton sans Pb (CuZn42 avec HV2 à l'état écroui de 163) utilisé dans le cadre de la présente invention ont des comportements très différents lors de revenus de 30 minutes effectués dans la même gamme de températures. Contrairement aux comportements de durcissement observés sur le laiton au plomb pour des températures de revenu inférieures à 250°C, la dureté du laiton CuZn42 diminue continuellement avec la température de revenu. Plus précisément, on observe l'apparition de paliers successifs, entre 180°C et 210°C, puis entre 220°C et 240°C. D'après ces observations, le choix d'une température de revenu supérieure ou égale à 250°C, comme préconisé pour les laitons au plomb, cause une perte de dureté significative. Pour les laitons sans plomb, la gamme de températures préconisée est entre 170°C et 230°C pour éviter une chute drastique de la dureté.

[0022] Pour évaluer l'état de détente de la matière pour ces gammes de températures, des mesures ont été réalisées par spectroscopie mécanique. La spectroscopie mécanique est une méthode d'analyse physique dans laquelle un pendule de torsion, qui incorpore l'éprouvette réalisée avec le matériau à analyser, est soumis à des oscillations forcées dans une enceinte à vide dont la température est contrôlée. Pour une excitation donnée, l'appareil mesure en fonction de la température l'amplitude et la phase de déformation de l'éprouvette durant des cycles de chauffe/refroidissement. L'amplitude et le déphasage de la déformation avec l'excitation forcée sont liés aux propriétés viscoélastiques du matériau, soit à la façon dont les défauts internes se réorganisent pour accommoder la variation de contraintes auxquelles est soumise l'éprouvette. Le module de cisaillement dynamique M, grandeur directement liée au déphasage accessible par la mesure de spectroscopie mécanique, est un indicateur de l'état de détente du matériau (W. Benoit, "Dislocation-Lattice interactions, " Materials Science Forum, Vols. 366-368, pp. 158-177, 2001) (J. Lauzier, J. Hillaire, G. Gremaud and W. Benoit, "Lubrication agents of dislocation motion at very low temperature in cold worked aluminium," J. Phys. : Condens. Mater., vol. 2, p. 9247, 1990). Cet indicateur permet de suivre la cinétique de l'évolution de la détente en fonction de la température et de la durée du revenu. Les essais ont été réalisés selon l'un des deux protocoles suivants qui donnent des résultats similaires : 1) balayage en température simple : le pendule est chauffé à 5°C/min jusqu'à la température de consigne, maintenu pendant la durée choisie pour le revenu à cette température, puis refroidi à une vitesse de 2°C/min jusqu'à 100°C. Les valeurs de M sont relevées tout au cours du balayage, jusqu'à la température de 100°C où la valeur de M₁₀₀ est relevée. La valeur de cette dernière température est choisie arbitrairement comme « presque ambiante ». La durée de maintien du revenu varie de 30 minutes à 8 heures. 2) balayage multiple en température : rampe de chauffage rapide de 5°C/min jusqu'à la température de consigne initiale, maintien ou chauffe très lente (0.3°C/min) pendant 30 minutes, suivi d'un refroidissement de 2°C/min jusqu'à 100 °C, chauffage à 5°C/min jusqu'à une seconde température de consigne, en général 10°C ou 20°C plus élevée que la valeur initiale, refroidissement, mesure de M₁₀₀, etc. Les étapes de refroidissement/chauffe sont répétées jusqu'à atteindre la valeur de la température de consigne supérieure choisie. La valeur du module de cisaillement est mesurée à 100°C, température choisie arbitrairement comme « presque ambiante » et est indiquée ci-dessous M₁₀₀.

[0023] Il s'agit de maximiser la différence ΔM₁₀₀ entre l'état initial avant revenu et celui après revenu pour optimiser la relaxation des contraintes au sein du matériau. L'évolution du module de cisaillement dynamique M₁₀₀ en fonction de la durée du revenu est étudiée pour le CuZn42 ayant une dureté après mise en forme de 175 HV2. Le comportement à 200°C (T2) et à 180°C (T1) est illustré à la figure 3. Après 30 minutes de maintien à 180°C et à 200°C, on observe déjà une variation importante du module de cisaillement M₁₀₀ avec un ΔM₁₀₀ supérieur à 1 GPa. La valeur maximale de M₁₀₀ est atteinte après un maintien de plus de 180 minutes à 180°C alors qu'une valeur équivalente de M₁₀₀ est obtenue après seulement 30 minutes à 200°C. Le gain enregistré sur la valeur de M₁₀₀ devient négligeable au-delà de 180 minutes. Le ΔM₁₀₀ maximum est de 1.2 GPa à 180°C et de 1.5 GPa à 200°C, avec donc une détente plus efficace avec l'augmentation de la température. En ce qui concerne la dureté, après 180 minutes à 180°C, elle est de 170 HV2, soit seulement une perte de 5 HV2. En augmentant le temps de revenu à 5 heures à 180°C, on n'observe pas de chute additionnelle de la dureté. Après 30 minutes à 200°C, elle est de 166 HV2, soit seulement une perte de 9 HV2. Après 180 minutes à 200°C, elle est de 164 HV2, soit seulement une perte de 11 HV2. Ces essais montrent qu'une augmentation de la température permet de maximiser ΔM₁₀₀ avec une diminution de la dureté légèrement plus marquée. Des essais ont également été réalisés sur un laiton CuZn42 ayant une dureté initiale de 200 HV2. Après un revenu de détente à 180°C pendant 180 minutes, la diminution de la dureté est limitée à 13 HV2.

[0024] A la figure 4, la dynamique de l'augmentation de M₁₀₀ au cours de revenus à 180°C ainsi qu'à 220°C a été suivie pour des laitons CuZn42 ayant des duretés initiales entre 162 HV2 et 210 HV2. L'augmentation principale de M₁₀₀ a lieu au cours de la première heure de détente. A 180°C, elle est relativement similaire pour toutes les nuances. La dynamique de la détente à 220°C de la nuance la plus dure (HV2=210) confirme que la température de détente est le facteur déterminant pour la maximisation de M₁₀₀. Le traitement de détente de 180°C/3h permet d'atteindre un état de détente similaire pour toutes les nuances de laiton CuZn42 étudiées. En fonction de la perte admissible de dureté, selon la dureté finale souhaitée, la détente à 220°C pendant 1h permet d'obtenir un gain additionnel substantiel dans la valeur obtenue pour M₁₀₀.

[0025] Pour qualifier l'état de détente d'un matériau, une alternative à la maximisation de ΔM₁₀₀ est la minimisation de la déformation d'une jauge spécifiquement conçue pour représenter les usinages horlogers de ponts ou tout autre composant horloger usiné dans une pièce semi-finie en bande laminée ou sous forme de barre. La jauge de déformation a une géométrie choisie de sorte à se déformer, préférablement par flambage, lors de son détachement de la matrice dans laquelle elle est usinée. Sa géométrie préférablement circulaire est caractérisée en ce que le rapport épaisseur/diamètre soit supérieur à 10, préférablement supérieur à 100 et qu'elle soit facilement détachable de la matrice dans laquelle elle est usinée. La conception de la jauge de déformation repose sur le principe du flambage qui veut que lorsque les tensions résiduelles dans la membrane constituant son fond sont supérieures à une valeur critique, la jauge va se déformer en flambant lors de son détachement et atteindre une forme d'équilibre caractéristique de l'état des contraintes résiduelles présentes dans la matière constituant la membrane de la jauge. Afin de garantir une bonne détente du laiton, il s'agit de minimiser le flambage de la jauge lors de son détachement. A titre d'exemple, les mesures ont été réalisées avec une jauge dont la géométrie est représentée à la figure 5. La jauge est constituée d'un cylindre bas de diamètre intérieur de 32 mm comportant un fond très fin de 0.3 mm (rapport épaisseur/diamètre égal à environ 100) dans lequel six creusures de diamètre 4 mm et de profondeur 0.15 mm sont usinées. La jauge est usinée à partir d'une barquette extraite par étampage ou par fraisage dans la bande laminée d'épaisseur de un à quelques millimètres. Quelle que soit l'épaisseur initiale de la bande, l'épaisseur du fond est fixée à 0.3 mm. Après l'usinage du cylindre et des creusures, la jauge est ensuite détourée partiellement pour rester tenue par trois attaches à la barquette, de sorte à être facilement détachable dans une étape ultérieure. Le fond mince est conçu pour se déformer notablement en présence de contraintes résiduelles. Il peut se déformer partiellement lors du détourage, la déformation maximale étant exprimée lors du détachement de la jauge. La démarche appliquée dans cette étude consiste à qualifier la détente de la matière par la mesure quantitative des déformations de la jauge lors du détachement. Celles-ci sont déduites à partir des valeurs de deux indicateurs, mesurés en qualifiant la topographie du fond de la pièce une première fois après usinage de la pièce (jauge attachée à la barquette) et une deuxième fois après détachement par rupture des trois attaches (jauge détachée). La déformation maximale, c.à.d. la planéité relative, observée sur le fond est un indicateur de la détente du matériau. Les mesures sont réalisées par microscopie optique, un posage dédié aux appareils de mesure permettant d'assurer le positionnement précis et répétable de la jauge, qu'elle soit attachée ou détachée. On précisera qu'un autre indicateur pourrait être le déplacement relatif maximal observé sur les centres des creusures entre l'état "attaché" et l'état "détaché". C'est la raison pour laquelle la jauge est munie de creusures. Il serait également envisageable de réaliser une jauge dépourvue de ces creusures et d'utiliser comme seul indicateur la déformation maximale.

[0026] La planéité est évaluée à partir de la mesure optique de la distribution des hauteurs du fond de la jauge réalisée par microscopie confocale en lumière blanche (instrument FRT Microprof avec posage dédié assurant la reproductibilité du positionnement de la jauge). La valeur de la hauteur z est mesurée par pas de 0.2 mm en x et en y. La topographie de la surface interne du fond est établie en s'affranchissant des effets de la rugosité résiduelle par moyennage de la valeur de z calculée sur une surface de 1 mm² (moyenne sur environ 25 points). L'éventuelle erreur d'inclinaison globale de la jauge dans le posage est réduite par soustraction du plan moyen de la pièce. On obtient ainsi la distribution des valeurs des résidus z_i au plan moyen. La planéité P est définie comme l'écart séparant deux plans parallèles contenant l'ensemble de la surface, quantifiée par la valeur z_max - z_min. La déformation relative de la jauge est évaluée entre l'état "attaché" et l'état "détaché", par soustraction point par point des deux topographies z_a(x;y) et z_d(x;y) . La déformation maximale (planéité relative) est obtenue en prenant la valeur maximale de la différence des hauteurs, soit max|z_d-z_a|.

[0027] Les mesures ont été réalisées sur un laiton CuZn42 ayant une dureté à l'état écroui de 173 HV2. A l'état écroui, la déformation maximale est de 7.1 µm. Après un revenu de détente à 180°C pendant 3h, la déformation maximale tombe à 2.2 µm. Sur un laiton CuZn42 ayant une dureté à l'état écroui de 210 HV2, soumis à un traitement de détente à 220°C pendant 1 heure, la déformation maximale est de 2.2 µm. Pour un autre essai réalisé sur une nuance CuZn42 avec une dureté à l'état écroui de 200 HV2 et détendu à 180°C pendant 3 heures, la déformation maximale est de 2.7 µm alors qu'elle est de 4.7 µm à l'état écroui. Ainsi, une déformation maximale inférieure ou égale à 3.5 µm et de préférence à 3 µm est également un indicateur de l'état de détente du matériau.

[0028] La présente invention se rapporte également au composant horloger réalisé dans cet alliage et obtenu à l'issue du procédé décrit ci-avant. Comme susmentionné, ce composant se caractérise par le choix du matériau en laiton CuZn42, par sa dureté avec des valeurs comprises entre 120 et 190 HV2, de préférence entre 150 et 190 HV2, plus préférentiellement entre 170 et 190 HV2, encore plus préférentiellement entre 180 et 190 HV2. Il se caractérise également par son état détendu par opposition à l'état écroui après sa mise en forme par déformation. Pour caractériser cet état sur le produit final, la procédure suivante est utilisée. Le module de cisaillement dynamique M₁₀₀ est mesuré sur un échantillon prélevé sur le composant horloger. L'échantillon peut être de géométrie planaire (lame) ou cylindrique (fil), la géométrie de l'échantillon n'ayant pas d'impact sur la valeur mesurée. Ensuite, l'échantillon prélevé sur ce même composant est caractérisé dans un banc d'essai de spectroscopie mécanique choisi en fonction de la géométrie de l'échantillon. La variation du module de cisaillement dynamique ΔM₁₀₀ entre l'état initial avant revenu et celui après revenu est relevée après l'application du protocole de balayage en température 1) décrit précédemment. La durée du maintien est d'une heure à une température de 200°C. Il peut être conclu que le composant est à l'état détendu, et a donc été fabriqué avec le procédé selon l'invention, si le ΔM₁₀₀ est inférieur à 0.4 GPa, voire à 0.2 GPa, ce qui correspond aux variations du M₁₀₀ dans la zone "plateau" des figures 3 et 4 après la brusque augmentation de M₁₀₀ lors de la première heure.

[0029] De manière moins préférée, un moyen de différencier un composant horloger détendu selon le procédé de fabrication de l'invention et un composant horloger non détendu peut également consister à mesurer la déformation maximale tel que décrit précédemment sur un échantillon usiné dans le composant horloger, avec une valeur qui doit être inférieure ou égale à la valeur seuil déterminée, pour la géométrie choisie, sur des échantillons de référence usinés dans de la matière détendue. L'éprouvette est conçue de manière à se déformer par flambage lors de sa libération après l'usinage.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'un composant horloger (1) en laiton CuZn42 avec une dureté comprise entre 120 et 190 HV2, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

- Mise à disposition d'une pièce semi-finie ayant été mise en forme par déformation, ladite pièce semi-finie étant réalisée dans un matériau en laiton CuZn42 et ayant une dureté comprise entre 130 et 220 HV2, de préférence entre 160 et 220 HV2, plus préférentiellement entre 170 et 220 HV2, et encore plus préférentiellement entre 180 et 220 HV2,

- Traitement thermique de détente de ladite pièce semi-finie à une température comprise entre 170 et 230°C avec un temps de maintien à ladite température compris entre 20 minutes et 10 heures, de préférence entre 30 minutes et 5 heures, plus préférentiellement entre 1 heure et 4 heures,

- Usinage et finition de ladite pièce semi-finie pour réaliser le composant horloger (1).

2. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le traitement thermique est effectué à une température comprise entre 175°C et 220°C, de préférence entre 180°C et 220°C, avec un temps de maintien à ladite température compris entre 30 minutes et 5 heures, de préférence entre 1 heure et 4 heures.

3. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le traitement thermique est effectué à une température comprise entre 175°C et 195°C, de préférence entre 180°C et 195°C, avec un temps de maintien à ladite température compris entre 30 minutes et 5 heures, de préférence entre 1 heure et 4 heures.

4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque le matériau en laiton CuZn42 de la pièce semi-finie a une dureté supérieure ou égale à 130 HV2 et inférieure à 180 HV2, le traitement thermique de détente est effectué à une température comprise entre 175°C et 195°C pendant un temps compris entre 30 minutes et 5 heures, de préférence entre 1 et 4 heures.

5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que, lorsque le matériau en laiton CuZn42 de la pièce semi-finie a une dureté comprise entre 180 et 220 HV2, le traitement thermique de détente est effectué à une température comprise entre 195°C et 220°C pendant un temps compris entre 30 minutes et 5 heures, de préférence entre 1 et 4 heures.

6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de découpe entre l'étape de mise à disposition et l'étape de traitement thermique.

7. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de pré-usinage et/ou de mise à épaisseur après l'étape de découpe et avant l'étape de traitement thermique.

8. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement thermique de détente entraîne une augmentation du module de cisaillement M₁₀₀ du matériau en laiton CuZn42 d'une valeur supérieure ou égale 1 GPa.

9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement thermique de détente entraîne une augmentation du module de cisaillement M₁₀₀ du matériau d'une valeur supérieure ou égale à 1.2 GPa.

10. Composant horloger (1) réalisé dans un matériau en laiton CuZn42 avec en poids :

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-

-

-

-

-

-

- Eventuels autres éléments ayant chacun une teneur inférieure ou égale à 0.2%,

- Zn : balance à 100%,

le matériau dudit composant horloger (1) ayant une dureté comprise entre 120 et 190 HV2 et étant à l'état détendu, l'état de détente du matériau étant déterminé sur base de la différence ΔM₁₀₀ entre le module de cisaillement dynamique M₁₀₀ mesuré sur un échantillon prélevé sur ledit composant horloger (1) et ensuite soumis à un traitement thermique de maintien d'1 heure à une température de 200°C avec une vitesse de chauffage jusqu'à 200°C de 5°C/min et une vitesse de refroidissement après le maintien d'1 heure de 2°C/min et le module de cisaillement dynamique M₁₀₀ mesuré sur un échantillon prélevé sur ledit composant horloger (1) sans subir de traitement thermique ultérieur, le ΔM₁₀₀ étant inférieur à 0.4 GPa lorsque le matériau du composant horloger (1) est à l'état détendu.

11. Composant horloger (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il a une dureté comprise entre 150 et 190 HV2, de préférence entre 170 et 190 HV2, plus préférentiellement entre 180 et 190 HV2.

12. Composant horloger (1) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un composant horloger (1) du mouvement.

13. Composant horloger (1) selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il s'agit d'une platine, d'un pont, d'une ébauche, d'un barillet, du tambour d'un barillet ou du couvercle d'un barillet.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Uhrenkomponente (1) aus Messing CuZn42 mit einer Härte im Bereich zwischen 120 und 190 HV2, wobei das besagte Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Bereitstellen eines halb fertigen Teils, der durch Verformung in Form gebracht wurde, wobei der besagte halb fertige Teil aus einem Messingmaterial CuZn42 hergestellt ist und eine Härte aufweist, die im Bereich zwischen 130 und 220 HV2, vorzugsweise zwischen 160 und 220 HV2, bevorzugter zwischen 170 und 220 HV2 und noch bevorzugter zwischen 180 und 220 HV2 liegt,

- Spannungsarmglühen des besagten halb fertigen Teils bei einer Temperatur im Bereich zwischen 170 und 230 °C, mit einer Haltezeit bei besagter Temperatur im Bereich zwischen 20 Minuten und 10 Stunden, vorzugsweise zwischen 30 Minuten und 5 Stunden, bevorzugter zwischen 1 Stunde und 4 Stunden,

- Bearbeiten und Endbearbeiten des besagten halb fertigen Teils, um die Uhrenkomponente (1) herzustellen.

2. Verfahren zur Herstellung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung bei einer Temperatur, die im Bereich zwischen 175 °C und 220 °C, vorzugsweise zwischen 180 °C und 220 °C liegt, durchgeführt wird, mit einer Haltezeit bei besagter Temperatur im Bereich zwischen 30 Minuten und 5 Stunden, vorzugsweise zwischen 1 Stunde und 4 Stunden.

3. Verfahren zur Herstellung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung bei einer Temperatur, die im Bereich zwischen 175 °C und 195 °C, vorzugsweise zwischen 180 °C und 195 °C liegt, durchgeführt wird, mit einer Haltezeit bei besagter Temperatur im Bereich zwischen 30 Minuten und 5 Stunden, vorzugsweise zwischen 1 Stunde und 4 Stunden.

4. Verfahren zur Herstellung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Material aus Messing CuZn42 des halb fertigen Teils eine Härte von mehr als oder gleich wie 130 HV2 und weniger als 180 HV2 aufweist, das Spannungsarmglühen bei einer Temperatur, die im Bereich zwischen 175 °C und 195 °C während einer Dauer im Bereich zwischen 30 Minuten und 5 Stunden, vorzugsweise zwischen 1 Stunde und 4 Stunden, liegt, durchgeführt wird.

5. Verfahren zur Herstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Material aus Messing CuZn42 des halb fertigen Teils eine Härte aufweist, die im Bereich zwischen 180 und 220 HV2 liegt, das Spannungsarmglühen bei einer Temperatur, die im Bereich zwischen 195 °C und 220 °C während einer Dauer im Bereich zwischen 30 Minuten und 5 Stunden, vorzugsweise zwischen 1 Stunde und 4 Stunden, liegt, durchgeführt wird.

6. Verfahren zur Herstellung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt des Schneidens zwischen dem Schritt des Bereitstellens und dem Schritt des thermischen Behandelns umfasst.

7. Verfahren zur Herstellung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt des Vorbearbeitens- und/oder Festsetzens der Dicke nach dem Schritt des Schneidens und vor dem Schritt des thermischen Behandelns umfasst.

8. Verfahren zur Herstellung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsarmglühen zu einer Erhöhung des Schermoduls M₁₀₀ des Messingmaterials CuZn42 um einen Wert von mehr als oder gleich wie 1 GPa führt.

9. Verfahren zur Herstellung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsarmglühen zu einer Erhöhung des Schermoduls M₁₀₀ des Messingmaterials um einen Wert von mehr als oder gleich wie 1,2 GPa führt.

10. Uhrenkomponente (1), hergestellt aus einem Messingmaterial CuZn42 mit den folgenden Gewichtsanteilen:

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-

-

-

-

-

- Eventuell andere Elementen, die jeweils einen Gehalt von weniger als oder gleich wie 0,2 % aufweisen,

- Zn: Rest bis 100 %,

wobei das Material der besagten Uhrenkomponente (1) eine Härte aufweist, die im Bereich zwischen 120 und 190 HV2 liegt und sich im entspannten Zustand befindet, wobei der entspannte Zustand des Materials auf der Grundlage der Differenz ΔM₁₀₀ zwischen dem dynamischen Schermodul M₁₀₀, gemessen auf einer Probe, die der besagten Uhrenkomponente (1) entnommen wurde und danach einer thermischen Behandlung mit Haltezeit von 1 Stunde bei 200 °C mit einer Aufheizgeschwindigkeit bis zu 200 °C von 5 °C/min und einer Abkühlgeschwindigkeit nach der Haltezeit von 1 Stunde von 2 °C/min unterzogen und dem dynamischen Schermodul M₁₀₀, gemessen auf einer Probe, die der besagten Uhrenkomponente (1) entnommen wurde, ohne weitere Wärmebehandlung, bestimmt wird, wobei der ΔM₁₀₀ kleiner als 0,4 GPa ist, wenn sich das Material der Uhrenkomponente (1) im entspannten Zustand befindet.

11. Uhrenkomponente (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Härte aufweist, die im Bereich zwischen 150 und 190 HV2, vorzugsweise zwischen 170 und 190 HV2, bevorzugter zwischen 180 und 190 HV2 liegt.

12. Uhrenkomponente (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Uhrenkomponente (1) des Uhrwerks handelt.

13. Uhrenkomponente (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Platine, eine Brücke, einen Rohling, ein Federhaus, eine Federhaustrommel oder einen Federhausdeckel handelt.

Claims

1. Method for manufacturing a watch component (1) in brass CuZn42 with a hardness between 120 and 190 HV2, said method comprising the following steps:

- Provision of a semi-finished piece having been shaped by deformation, said semi-finished piece being realised in brass CuZn42 and having a hardness between 130 and 220 HV2, preferably between 160 and 220 HV2, more preferably between 170 and 220 HV2, and even more preferably between 180 and 220 HV2,

- Stress relief heat treatment of said semi-finished piece at a temperature between 170 and 230 °C with a holding time at said temperature between 20 minutes and 10 hours, preferably between 30 minutes and 5 hours, more preferably between 1 hour and 4 hours,

- Machining and finishing of said semi-finished piece to produce the watch component (1).

2. Method for manufacturing according to the preceding claim, characterised in that the heat treatment is carried out at a temperature between 175°C and 220°C, preferably between 180°C and 220°C, with a holding time at said temperature between 30 minutes and 5 hours, preferably between 1 hour and 4 hours.

3. Method for manufacturing according to the preceding claim, characterised in that the heat treatment is carried out at a temperature between 175°C and 195°C, preferably between 180°C and 195°C, with a holding time at said temperature between 30 minutes and 5 hours, preferably between 1 hour and 4 hours.

4. Method for manufacturing according to one of the preceding claims, characterised in that, when the brass CuZn42 material of the semi-finished piece has a hardness greater than or equal to 130 HV2 and less than 180 HV2, the stress relief heat treatment is carried out at a temperature between 175°C and 195°C for a duration of between 30 minutes and 5 hours, preferably between 1 and 4 hours.

5. Method for according to one of claims 1 to 2, characterised in that, when the brass CuZn42 material of the semi-finished piece has a hardness between 180 and 220 HV2, the stress relief heat treatment is carried out at a temperature between 195°C and 220°C for a duration of between 30 minutes and 5 hours, preferably between 1 and 4 hours.

6. Method for manufacturing according to one of the preceding claims, characterised in that it includes a cutting step between the provision step and the heat treatment step.

7. Method for manufacturing according to the preceding claim, characterised in that it includes a pre-machining and/or thickness adjustment step after the cutting step and before the heat treatment step.

8. Method for manufacturing according to one of the preceding claims, characterised in that the stress relief heat treatment leads to an increase in the shear modulus M₁₀₀ of the brass CuZn42 material by a value greater than or equal to 1 GPa.

9. Method for manufacturing according to one of the preceding claims, characterised in that the stress relief heat treatment leads to an increase in the shear modulus M₁₀₀ of the material by a value greater than or equal to 1.2 GPa.

10. Watch component (1) realised in brass CuZn42 material with, by weight:

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-

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-

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- Any other elements each having a content less than or equal to 0.2%,

- Zn: balance to 100%,

the material of said watch component (1) having a hardness between 120 and 190 HV2 and being in a relaxed state, the relaxed state of the material being determined based on the difference ΔM₁₀₀ between the dynamic shear modulus M₁₀₀ measured on a sample taken from said watch component (1) and then subjected to a heat treatment held for 1 hour at a temperature of 200°C with a heating rate to 200°C of 5°C/min and a cooling rate after the 1-hour hold of 2°C/min and the dynamic shear modulus M₁₀₀ measured on a sample taken from said watch component (1) without undergoing further heat treatment, the ΔM₁₀₀ being less than 0.4 GPa when the material of the watch component (1) is in the relaxed state.

11. Watch component (1) according to the preceding claim, characterised in that it has a hardness between 150 and 190 HV2, preferably between 170 and 190 HV2, more preferably between 180 and 190 HV2.

12. Watch component (1) according to claim 10 or 11, characterised in that it is a movement watch component (1).

13. Watch component (1) according to one of claims 10 to 12, characterised in that it is a plate, a bridge, a blank, a barrel, a barrel drum, or a barrel cover.

Dessins