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WO 98/41682 PCT/EP98/01462
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CABLE D'ACIER HYBRIDE POUR PNEUMATIQUE
La présente invention se rapporte aux câbles d'acier ("steel Gords"), destinés
notamment au
renforcement d'articles en matière plastique etlou en caoutchouc, en
particulier d'enveloppes
de pneumatique. Elle se rapporte plus particulièrement aux câbles destinés au
renforcement de
l'armature carcasse de telles enveloppes de pneumatique.
lu L'invention concerne plus précisément des câbles d'acier hybrides, i.e.
comportant des fils en
aciers de natures différentes, ces câbles ayant une endurance supérieure à
celle des câbles
d'acier conventionnels pour pneumatiques.
Des câbles d'acier conventionnels pour pneumatiques ont été décrits dans un
grand nombre de
I5 documents. Ils sont de manière connue constitués de fils en acier
perlitique (ou ferrito-
perlitiquc) au carbone, désigné ci-après "acier au carbone", dont la teneur en
carbone est
normalement comprise entre 0,2% et 1,2°rô (% en poids), te diamètre de
ces fils pouvant varier
typiquement de 0,10 à 0.50 mm (millimètre). On exige de ces fils une très
haute résistance à la
traction, en général au moins égale à 2000 MPa, de préférence supérieure à
''SU0 MPa,
?o obtenue grâce au durcissement structural intervenant lors de la phase
d'écrouissage des fils.
Ces fils sont ensuite assemblés sous forme dc câbles ou torons, ce qui
nécessite des aciers
utilisés qu'ils aient aussi une ductilité en torsion suffisante.
Ces câbles d'acier, on le sait, sont soumis à des contraintes importantes lors
du roulage des
?a pneumatiques, notamment à des flexions ou variations de courbure répétées
induisant au
niveau des fils des frottements, et donc de l'usure, ainsi que de la fatigue
(phénomènes dits dc
"fatigue-fretting"). En outre la présence d'humidité joue un rôle important en
provoquant de la
corrosion et en accélérant les processus de dégradation ci-dessus (phénomènes
dits de
"fatigue-corrosion"), par rapport à une utilisation en atmosphère sèche. Tous
ces phénomènes
3o de fatigue connus que l'on regroupe ci-après sous le terme de "fatigue-
fretting-corrosion" sont
à l'origine d'une dégénérescence progressive des propriétés mécaniques des
câbles et peuvent
affecter, pour les conditions de roulage les plus sévères, la durée de vie de
ces derniers.
Afin d'améliorer la longévité des enveloppes de pneumatiques à carcasse
métallique, où les
35 sollicitations en flexion répétée peuvent ëtre particulièrement sévères, la
demande de brevet
EP-A-648 891 a proposé des câbles d'acier améliorés en endurance et résistant
à la corrosion,
constitués de fils en acier inoxydable dont la composition et la
microstructure confèrent à ces
fils en acier inoxydable à la fois la résistance en traction et la ductilité
en torsion nécessaires
pour pouvoir remplacer des fils en acier au carbone ; en particulier, la
microstructure de l'acier
4o inoxydable comporte au moins 20%, de préférence au moins 50% en volume de
martensite.
Comparés à des câbles conventionnels constitués de fils en acier au carbone,
les câbles
constitués de ces fils en acier inoxydable comportant au moins 20% en volume
de martensite
présentent une endurance améliorée due à une meilleure résistance en fatigue-
fretting-
45 corrosion- des fils en acier inoxydable, comparée à celle des fils en acier
au carbone. Cette
résistance améliorée augmente de manière notable la durée de vie des
pneumatiques.
COPIE DE CONFIRMATION
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Cependant, comparés à ces mêmes câbles~conventionnels formés de fils en acier
au carbone,
les câbles selon la demande EP-A-648 891 précitée présentent, en raison de la
composition de-
l'acier et du procédé d'obtention des fils, l'inconvénient d'être chers ;
cette demande suggère
d'ailleurs brièvement, pour réduire les coûts, l'emploi de câbles d'acier
hybrides constitués en
partie seulement de fils en acier inoxydable comportant au moins 20% en volume
de
martensite, le reste pouvant être constitué de fils en acier au carbone.
Le coût de ces fils particuliers en acier inoxydable est supérieur en raison
notamment des
étapes de transformation supplémentaires qui sont nécessaires pour l'obtention
par écrouissage
d'une microstructure contenant un taux élevé de martensitc. Par ailleurs, il
est connu que plus
on transforme un acier inoxydable, notamment par tréfilage, plus il durcit et
plus il devient
difficile à transformer à chaque nouvelle étape ; ceci peut entraîner des
problèmes de filières,
notamment d'usure plus rapide de ces dernières, et donc des coûts
supplémentaires lors du
tréfilage.
Tous ces inconvénients réunis sont bien sûr préjudiciables au coût des
pneumatiques eux-
mëmes.
Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients ci-dessus en
proposant des
câbles d'acier nouveaux, dont l'endurance est notablement améliorée par
rapport à celle de
câbles conventionnels constitués uniquement de fils en acier au carbone, cette
endurance des
câbles de l'invention étant qui plus est proche de celle des câbles conformes
à la demande EP-
A-648 89l précitée, formés de fils en acier inoxydable spécifiques, mais
obtenue à un coût
nettement moindre.
La demanderesse a trouvé lors de ses recherches que, de manière surprenante,
l'utilisation d'au
moins un fil en acier inoxydable dans un câble d'acier comportant des fils en
acier au carbone,
améliore la résistance en fatigue-fretting-corrosion des fils en acier au
carbone qui sont au
contact de ce fil en acier inoxydable. Les propriétés d'endurance du câble
d'acier lui-même
3o s'en trouvent globalement améliorées, ainsi que la longévité des
pneumatiques renforcés d'un
tel câble.
Grâce à cette fonction inattendue du fil en acier inoxydable, les câbles
hybrides de l'invention
peuvent comporter une majorité de fils en acier au carbone qui supportent la
charge, et
seulement un nombre limité de fils en acier inoxydable, voire un seul, dont le
rôle est
d'améliorer par simple contact la résistance en fatigue-fretting-corrosion des
fils en acier au
carbone.
En outre, les fils en acier inoxydable n'ayant plus à supporter la charge
contrairement aux fils
4o en acier inoxydable des câbles de la demande EP-A-648 891 précitée, une
conséquence tout à
fait avantageuse est qu'il n'est plus nécessaire de transformer fortement
l'acier inoxydable de
départ pour le durcir et obtenir une microstructure comportant un taux élevé
de martensite ; il
n'est pas nécessaire non plus d'utiliser des aciers inoxydables spécifiques
susceptibles de
donner après écrouissage une telle microstructure à taux élevé de martensite.
On peut ainsi
avantageusement utiliser des fils d'aciers inoxydables dont les procédés
d'obtention sont
moins onéreux.
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En conséquence, un premier objet de l'invention est un câble d'acier hybride
comportant, au
contact d'un ou plusieurs fils) en acier au carbone, au moins un fil en acier
inoxydable dont la
microstructure contient moins de 20% en volume de martensite.
Un second objet de l'invention est l'utilisation dans un câble d'acier d'au
moins un fil en acier
inoxydable pour améliorer par contact la résistance en fatigue-fretting-
corrosion d'un ou
plusieurs fils) en acier au carbone, cette utilisation couvrant tout type de
fil en acier
inoxydable et n'étant pas limitée en particulier à un fil en acier inoxydable
dont la
microstructure contient moins de 20% en volume de martensitc.
Un autre objet de l'invention est une méthode pour améliorer dans un câble
d'acier la
résistance cn fatigue-fretting-corrosion d'un ou plusieurs fils) en acier au
carbone,
caractérisée en ce que, lors de la fabrication dudit câble, on lui incorpore,
par ajout ou par
substitution, au moins un fil en acier inoxydable de manière à le mettre au
contact de ce(s)
i s fils) en acier au carbone.
L'invention concerne également l'utilisation des câbles conformes à
l'invention pour le
renforcement d'articles en matière plastique et/ou en caoutchouc, par exemple
des tuyaux, des
courroies, des enveloppes dc pneumatique, des nappes de renforcement destinées
notamment
2o à renforcer le sommet ou la carcasse de ces enveloppes.
L'invention concerne en outre ces articles en matière plastique et/ou en
caoutchouc
eux-mêmes lorsqu'ils sont renforcés par des câbles conformes à l'invention,
notamment les
enveloppes de pneumatique et leurs nappes d'armature carcasse. plus
particulièrement
'S lorsqu'elles sont destinées à des véhicules industriels tels que
camionnettes, poids lourds,
remorques, métro, engins de transport, de manutention ou de génie civil.
L'invention sera aisément comprise à l'aide de la description et des exemples
de réalisation qui
suivent.
I. DEFINITIONS ET TESTS
I-1. Mesures c~vna_mométriqu~s
Les mesures de force à la rupture notée Fm (en N), de résistance à la rupture
notée Rm (en
MPa) et d'allongement après rupture noté A (en %) sont effectuées en traction
selon la
méthode AFNOR NF A 03-151 de juin 1978.
1-2 Ecrouissa~e
Par définition, le taux d'un écrouissage noté s est donné par la formule:
E = Ln (Si / Sf) ,
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Ln étant le logarithme népérien, Si étant la section initiale du fil avant cet
écrouissage et S f
étant la section finale du fil après cet écrouissage. -
I-3 Microstructure des aciers
L'identification et la quantification de la microstructure des aciers sont
effectuées par une
technique connue de diffraction des rayons X.
Cette méthode consiste à déterminer l'intensité diffractée totale pour chacune
des phases de
t0 l'acier, en particulier la martensite a', la martensite s et l'austénite y,
en sommant l'intensité
intégrée de tous les pics de diffraction de cette phase, ce qui permet de
calculer les
pourcentages de chacune des phases par rapport à l'ensemble de toutes les
phases de l'acier.
Les spectres de diffraction des rayons ?h sont déterminés sur la section du
fil à étudier avec un
goniomètre, à l'aide d'une anticathode de chrome. Un balayage permet d'obtenir
les raies
caractéristiques de chacune des phases présentes. Dans le cas des trois phases
précitées (les
deux martcnsites et l'austénite), le balayage est réalise dc ~0 degrés à 160
degrés.
Pour déterminer les intensités intégrées des pics, il est nécessaire de
déconvoluer les raies qui
interfèrent. On a la relation suivante pour chaque pic d'une phase quelconque
tint = (I-mh x Imax) / P , avec:
- Iint ~ intensité intégrée du pic
- Lmh : largeur à mi-hauteur du pic (en degrés)
- lm~ : intensité du pic (en coups par seconde)
- P : pas de mesure du pic (par exemple 0,05 degré en 2B).
On a par exemple les raies caractéristiques suivantes
3o austénite y raie ( I 11 ) 28 = 66,8
raie (200) 2E1 = 79,0
raie (220) 2A = 128,7
martensite a' raie ( 110) 29 68,8
=
raie (200) 2D 106
=
raie (211 ) 20 156,1
=
martensite s raie ( 100) 28 6~,4
=
raie (002) 2B 71,1
=
4o raie ( 1 O 1 ) 28 76,9
=
raie ( 102) 2A 105,3
=
raie (110) 28 136,2
=
L'angle 28 est l'angle total en degrés entre le faisceau incident et le
faisceau diffracté.
Les structures cristallographiques des phases précédentes sont les suivantes
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- austénite y : cubique à faces centrées;
- martensite a' : cubique centrée ou quadratique centrée;
- martensite E : hexagonale compacte.
S
On peut alors calculer le pourcentage en volume d'une phase quelconque "i",
par la relation
suivante
de la phase "i" - Ii / It . avec:
1o
- Ii = somme des intensités intégrées de tous les pics de cette phase "i";
- It = somme des intensités intégrées de tous les pics de toutes les phases de
diffraction
de l'acier.
15 On a donc en particulier
de martensite a' - I~1, / It
de martensite s - IF / It
total de martensite - (Ia~ + IF) / It
20 % d'austénite y - 1y / It
avec
Ia, = intensité intégrée de tous les pics de la martensite a' ;
I~ = intensité intégrée de tous les pics de la martensite E ;
25 Iy = intensité intégrée de tous les pics de l'austénite y.
Dans ce qui suit, les divers % concernant les phases de la microstructure de
l'acier sont
exprimés en volume et les termes "martensite" ou "phase martensite" couvrent
l'ensemble des
phases martensite a' et martensite s, le terme % en martensite représentant
donc le % en
30 volume du total de ces deux phases martensitiques et le terme "austénite"
représente
l'austénite y. Les % en volume des diverses phases déterminés par la méthode
ci-dessus sont
obtenus avec une précision, en valeur absolue, d'environ 5%. Ceci signifie par
exemple qu'en
dessous de 5% en volume de martensite, on peut considérer que la
microstructure de l'acier est
pratiquement dépourvue de martensite.
I-4 Test de flexion rota ive
Le test de flexion rotative ("Humer fatigue test") est un test de fatigue
connu ; il a été décrit
dans le brevet US-A-2 435 772 et utilisé par exemple dans la demande de brevet
EP-A-
220 766 pour tester la résistance en fatigue-corrosion de fils métalliques
destinés au
renforcement d'enveloppes de pneumatiques.
Un tel test est appliqué habituellement à un fil unitaire. Dans la présente
description, le test est
conduit non pas sur un fil isolé mais sur le câble entier, de manière à
pouvoir tester la
résistance globale du câble à la fatigue-corrosion. D'autre part, le câble
n'est pas plongé dans
l'eau comme le préconise par exemple la demande EP-A-220 766 précitée, mais
exposé à l'air
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ambiant sous une atmosphère humide contrôlée (taux d'humidité relative de 60%
et
température de 20°C), cette condition étant plus proche des conditions
d'utilisation du câble
dans une enveloppe de pneumatique.
Le principe du test est le suivant : un échantillon du câble à tester, de
longueur déterminée, est
maintenu à chacune de ses deux extrémités par deux mors parallèles. Dans l'un
des mors, le
câble peut tourner librement alors qu'il reste fixe dans le second mors qui
est quant à lui
motorisé. La mise en flexion du câble permet de lui appliquer une contrainte
de flexion
donnée a dont l'intensité varie avec le rayon de courbure imposé, fonction lui-
même de la
i o longueur utile d'échantillon (par exemple de 70 à 250 rnm) et de la
distance entre les deux
mors (par exemple de 30 à 115 mm).
Pour tester l'endurance du câble ainsi pré-contraint, on lui fait alors subir,
en actionnant le
mors motorisé, un grand nombre de cycles de rotation autour de son propre axe,
de manière à
~ 5 solliciter chaque point de la circonférence de sa section transversale
alternativement en
extension et en compression (+ a ; - a).
En pratique, le test est conduit de la manière suivante: on choisit une
première contrainte a et
on lance le test de fatigue pour un nombre maximal de 10 5 cycles, à raison de
3000 rotations
2o par minute. Selon le résultat obtenu - i.e. rupture ou non-rupture du câble
au bout de ces
5 cycles maximum - on applique une nouvelle contrainte a (inférieure ou
supérieure à la
précédente, respectivement) sur une nouvelle éprouvette, en faisant varier
cette contrainte a
selon la méthode dite de l'escalier (Dixon & Mood ; Journal of the American
statistical
association, 43, 1948, 109-126). On effectue ainsi 17 itérations au total, le
traitement
25 statistique des essais défini par cette méthode de l'escalier conduit à la
détermination d'une
limite d'endurance - notée 6d - qui correspond à une probabilité de rupture du
câble de 50% au
bout des 105 cycles de fatigue. A titre d'exemple la contrainte a appliquée au
cours de cette
série d'itérations, pour un câble de formule ( 1 x 3) constitué de 3 fils en
acier de diamètre 0,18
mm environ (tel que les câbles C-1 à C-7 des exemples ci-après), peut varier
entre 200 et 1500
3o MPa.
On utilise pour ce test une machine de flexion rotative de la société Bekaert,
modèle type RBT
équipé d'un détecteur électrique de casse. On entend ici par rupture du câble
la rupture d'au
moins un fil constitutif du câble.
La formule permettant de calculer la contrainte a est la suivante:
a=1,198E~/C,
4o E étant le module d'Young du matériau (en MPa), ~ étant le diamètre du fil
cassé (en mm), et
C étant la distance (en mm) entre les deux mors (C = Lo/2,19 ; avec Lo:
longueur utile de
l'échantillon).
I-5. Test courroie
Le test "courroie" est un test de fatigue connu qui a été décrit par exemple
dans la demande
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EP-A-362 570 ou dans la demande EP-A-648 891 précitée, les câbles d'acier à
tester étant
incorporés dans un article en caoutchouc que l'on vulcanise.
Son principe est le suivant: l'article en caoutchouc est une courroie sans fin
réalisée avec un
a mélange connu à base de caoutchouc, semblable à ceux qui sont couramment
utilisés pour les
carcasses des enveloppes de pneumatiques. L'axe de chaque câble est oriente
selon la direction
longitudinale de la courroie et les câbles sont séparés des faces de cette
dernière par une
épaisseur de gomme d'environ 1 mm. Lorsque la courroie est disposée de façon à
former un
cylindre de révolution, le câble forme un enroulement en hélice de mëme axe
que ce cylindre
(par exemple, pas de l'hélice égal à environ 2,5 mm).
On fait ensuite subir à cette courroie les sollicitations suivantes : on fait
tourner la courroie
autour de deux galets, de telle sorte que chaque portion élémentaire de chaque
câble soit
soumise à une tension de 12°r~ de la force-rupture initiale et subisse
des cycles de variation de
I5 courbure qui la font passer d'un rayon de courbure infini à un rayon de
courbure de 40 mm et
ceci pendant 50 millions de cycles. Le test est réalisé sous une atmosphère
contrôlée, la
température et l'humidité de l'air au contact de la courroie étant maintenues
à environ 20°C et
60°r~ d'humidité relative. La durée des sollicitations pour chaque
courroie est dc l'ordre de
3 semaines. A la fin de ces sollicitations, on extrait les câbles des
courroies. par décorticage,
2u et on mesure la force rupture résiduelle des fils des câbles fatigués.
On réalise d'autre part une courroie identique à la précédente et on la
décortique de la même
façon que précédemment mais cette fois sans soumettre les câbles au test de
fatigue. On
mesure ainsi la force rupture initiale des fils des câbles non fatigués.
On calcule finalement la déchéance de force-rupture après fatigue (notée ~Fm
et exprimée en
%), en comparant la force-rupture résiduelle à la force-rupture initiale.
Cette déchéance OFm est de manière connue due à la fatigue et à l'usure des
fils causées par
l'action conjointe des sollicitations et de l'eau provenant de l'air ambiant,
ces conditions étant
comparables à celles auxquelles sont soumis les câbles de renforcement dans
des carcasses
d'enveloppes de pneumatiques. Le test courroie ainsi réalisé est donc un moyen
de mesurer la
résistance en fatigue-fretting-corrosion des fils constitutifs des câbles
incorporés dans la
courroie.
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II. EXEMPLES DE RÉALISATION
Dans tout ce qui suit et sauf indication différente spécifique, tous les %
indiqués sont des
en poids.
II-1 Nature et propriétés des fils en acier
Pour la réalisation des exemples de câbles conformes ou non conformes à
l'invention, on
lo utilise des fils fins en acier écroui dont le diamètre ~ varie de 0,17 à
0,20 mm environ, ces fils
étant soit en acier au carbone soit en acier inoxydable.
La composition chimique des aciers de départ est donnée dans le tableau 1 ci-
après, l'acier
référencé "T" étant l'acier au carbone, un acier perlitique connu comportant
0,7% de carbone
~s (norme USA AISI 1069), les aciers référencés "A", "B" ou "C" étant des
aciers inoxydables de
différentes nuances (normes USA AISI 316, 202 ou 302). Les valeurs indiquées
pour chacun
des éléments cités (C, Cr, Ni, Mn, Mo, Si, Cu, N) sont des % en poids, le
reste des aciers étant
constitué de fer et des impuretés inévitables habituelles, et la présence d'un
tiret (-) dans cc
tableau 1 indiquant que l'élément correspondant n'est présent qu'à l'état
résiduel. On entend ici
2o par acier inoxydable un acier comportant au moins 11 % de chrome et au
moins 50% de fer (%
en poids total d'acier inoxydable).
En partant des quatre aciers ci-dessus (T, A, B et C) et en jouant sur le taux
d'écrouissage final
des fils, on prépare deux groupes de fils de diamètres différents, un premier
groupe de fils de
~5 diamètre moyen égal à environ 0,200 mm pour les fils d'indice 1 (fils T~,
A1, B1, CI), et un
second groupe de fils de diamètre moyen égal à environ 0,175 mm pour les fils
d'indice 2 (fils
T2, A2, B2, C2).
Pour la préparation des fils en acier ci-dessus, on met en oeuvre des méthodes
connues telles
3o que décrites par exemple dans la demande EP-A-648 891 précitée, en partant
de fils
commerciaux dont le diamètre initial est d'environ 0,8 mm pour l'acier A ; 0,6
mm pour l'acier
B ; et 1 mm pour les aciers C et T.
Tous ces fils subissent un traitement connu de dégraissage etJou décapage
avant leur mise en
35 oeuvre ultérieure, les fils en acier inoxydable étant en outre recouverts,
par dépôt
électrolytique, d'une couche de nickel d'environ 0,3 qm (micromètre).
A ce stade, les fils ont une résistance à la rupture égale à environ 675 MPa
(acier A), 975 MPa
(acier B), 790 MPa (acier C), et 1150 MPa (acier T) ; leur allongement après
rupture est de 35
40 à 45% pour les fils en aciers inoxydables, d'environ 10% pour l'acier au
carbone.
On effectue ensuite sur chaque fil un dépôt de cuivre, puis un dépôt de zinc,
par voie
électrolytique à la température ambiante, et on chauffe ensuite thermiquement
par effet Joule à
540°C pour obtenir du laiton par diffusion du cuivre et du zinc, le
rapport pondéral (phase a,) /
45 (phase a ~ phase ~3) étant égal à environ 0,85. Aucun traitement thermique
ri est effectué sur le
fil après l'obtention du revêtement de laiton.
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On effectue alors sur chaque fil un écrouissage final (i.e. après le dernier
traitement-
thermique), par tréfilage à froid en milieu humide avec une graisse qui se
présente de façon
connue sous forme d'une émulsion dans de l'eau. Ce tréfilage humide est
effectué de manière
connue afin d'obtenir le taux d'écrouissage final noté E dans le tableau 2 ; E
est donc calculé à
partir du diamètre initial indiqué précédemment pour les fils commerciaux de
départ.
Les fils en acier ainsi tréfilés ont les propriétés mécaniques indiquées dans
le tableau 2, leur
diamètre ~ variant de 0,171 à 0,205 mm. Le revêtement de laiton (plus nickel
s'il y a lieu) qui
entoure les fils a une épaisseur irès faible, nettement inférieure au
micromètre, par exemple de
l'ordre de 0,15 à 0,30 pm (dont environ 0,05 ~tm de nickel s'il y a lieu), ce
qui est négligeable
par rapport au diamètre ~ des fils en acier.
Les fils A 1 et B i d'une pari, A2 et B2 d'autre part sont dépourvus de
martensite ou en
~ 5 contiennent moins de 5% (en volume). Les fils C ~ ct C2 à taux élevé de
martensite (plus de
60% en volume) correspondent aux fils en acier inoxydable de la demande EP-A-
648 891
précitée. Bien entendu, la composition de l'acier du fil en ses éléments (par
exemple C, Cr, Ni.
Mn, Mo) est la même que celle de l'acier du fil de départ.
2o On rappelle que lors du procédé de fabrication des fils, le revètement de
laiton facilite le
tréfilage du fil, ainsi que le collage du fil avec le caoutchouc lors de
l'utilisation du fil dans un
article en caoutchouc, notamment dans une enveloppe de pneumatique. Le
revêtement de
nickel permet quant à lui un bon accrochage du revêtement de laiton sur
l'acier inoxydable.
25 II-2 Réalisation des câbles
Les termes "formule" ou "structure", lorsqu'ils sont utilisés dans la présente
description pour
décrire les câbles, se réfèrent à la construction de ces câbles.
3o Les fils précédents sont ensuite assemblés en câbles, soit sous forme de
torons élémentaires,
soit sous forme de câbles à couches. Ces câbles, conformes ou non à
l'invention, sont préparés
selon des procédés et avec des dispositifs de retordage ou de câblage connus
de l'homme du
métier, qui ne sont pas décrits ici pour la simplicité de l'exposé.
35 a) âbl l,l x
En partant des fils T2, A2, B2, C2 du tableau 2 précédent, on réalise par des
opérations
connues de retordage 7 câbles d'acier de structure ou formule connue notée ( 1
x 3 ) consistant
chacun en un toron élémentaire constitué de trois fils enroulés ensemble en
hélice (direction
4o S) selon un pas de 10 mm, en une fois c'est-à-dire au cours d'une opération
unique de
retordage.
Ces câbles sont référencés C-1 à C-7 et ont été préparés selon les différentes
combinaisons
indiquées entre crochets dans le tableau 3. Les propriétés mécaniques de ces
câbles C-1 à C-7
45 sont également indiquées dans ce tableau 3.
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Le câble C-1 de construction [3T2] (i.e. constitué de 3 fils T2) est le seul
câble constitué
exclusivement de fils en acier au carbone, donc non conforme à l'invention, et
constitue donc-
le câble témoin de cette série. Pour la fabrication des câbles comportant 1 ou
2 fils en acier
inoxydable, on remplace simplement, par rapport à ce câble témoin, 1 ou 2 fils
T2 en acier au
carbone par 1 ou 2 fils en acier inoxydable, la surface de ce(s) derniers)
étant ainsi mise au
contact de la surface du ou des autres fils T2 en acier au carbone
constitutifs du câble.
Les câbles référencés C-2 à C-7 sont donc tous des câbles d'acier hybrides
contenant soit un
seul fil en acier inoxydable (câbles C-2, C-3 et C-4), soit deux fils en acier
inoxydable (câbles
to C-5. C-6 et C-7). A titre d'exemple, le câble C-2 de construction [2T2+1
A2] est formé de 2 fils
T2 en acier au carbone au contact de 1 fil A2 en acier inoxydable (A1SI 316),
alors que le
câble C-7 de construction [1T2 + 2C2] est constitué de 1 fil T2 en acier au
carbone au contact
de deux fils C2 en acier inoxydable (AISI 302).
Les câbles hybrides C-2 et C-3 d'une part, C-5 et C-6 d'autre part, sont des
câbles conformes à
l'invention, la microstructure de l'acier inoxydable de leurs fils comportant
moins de 20% en
volume de martensite.
Est également conforme à l'invention l'utilisation de chaque fil en acier
inoxydable (A2, B2 ou
2o C2) dans les câbles C-2 à C-7, pour améliorer par contact la résistance en
fatigue-fretting-
corrosion des fils en acier au carbone (T2), l'invention couvrant en effet
l'utilisation de tout fil
en acier inoxydable, y compris l'utilisation du fil C2 dont la microstructure
contient plus de
70% en volume de martensite.
b~ Câbles 1 + 6 + 12)
En partant des deux groupes de fils précédents (T~, A1, B~ et C~ d'une part,
T2 d'autre part),
on réalise à l'aide d'une machine de câblage 4 câbles à couches de structure
connue notée
(1+6+12) dans laquelle une âme centrale constituée d'un fil unique est
entourée et au contact
3o d'une première couche interne de six fils. elle-même entourée et au contact
d'une seconde
couche externe de douze fils.
Ce type de câble à couches est particulièrement destiné au renforcement d'une
carcasse de
pneumatique industriel. Il consiste donc en un toron constitué de 19 fils au
total, un fil servant
35 d'âme ou de coeur et les 18 autres étant enroulés autour de cette âme selon
deux couches
concentriques adjacentes. Un exemple particulier d'une telle structure de
câble a été décrit par
exemple dans la demande EP-A-362 570 précitée.
Dans ces câbles. seule la nature du fil d'âme varie, soit en acier inoxydable,
soit en acier au
4o carbone. Le fil d'âme a un diamètre de 0,200 mm environ, ce qui correspond
aux fils d'indice
1. Les deux couches qui l'entourent l'âme ont le même pas d'hélice de 10 mm et
le même sens
d'enroulage (Z), et sont constituées au total de I 8 fils en acier au carbone
de diamètre 0,175
mm (fil T2).
45 A chaque âme de câble correspond donc une variante d'acier du tableau 1.
Ces câbles sont
référencés C-11 à C-14 et ont été préparés selon les différentes constructions
indiquées entre
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crochets dans le tableau 4. Le câble C-11 ~de construction [1T~+6T2+12T2] est
le seul câble
constitué exclusivement de fils en acier au carbone et constitue donc le câble
témoin de cette _
série. Les câbles référencés C-12 à C-14 sont tous des câbles d'acier hybrides
comportant
comme fil d'âme un fil en acier inoxydable : à titre d'exemple, le câble C-12
de construction
[IA1+6T2+12T2] est formé de 1 fil Al en acier inoxydable (AISI 316) au contact
de six fils
T2 en acier au carbone formant la première couche interne elle-même entourée
d'une seconde
couche externe de 12 fils T2.
Les propriétés mécaniques de ces câbles sont également indiquées dans le
tableau 4. On
constate que la force à rupture des différents câbles est pratiquement
identique, mëme dans les
cas où les fils en acier inoxydable ont une résistance plus faible (cas des
fils en acier A et B),
ceci en raison de la très faible proportion de fils en acier inoxydable qui
est utilisée ( 1 seul fil
inoxydable pour 19 fils au total).
~5 Les câbles hybrides C-12 et C-13 sont des câbles conformes à l'invention,
la microstructure de
l'acier inoxydable de leurs fils comportant moins de 20% en volume de
martensite.
Est également conforme à l'invention l'utilisation de chaque fil en acier
inoxydable (A1, Bt ou
CI) dans les câbles C-12 à C-14, pour améliorer par contact la résistance en
fatigue-fretting-
2o corrosion des fils T2 en acier au carbone de la couche interne, l'invention
couvrant en effet
l'utilisation du fil C~ dont la microstructure contient plus de 60% en volume
de martensite.
Est également conforme à l'invention la méthode pour améliorer dans les câbles
d'acier C-12 à
C-14 la résistance en fatigue-fretting-corrosion des fils T2 en acier au
carbone de la couche
?5 interne, cette méthode consistant lors de la fabrication desdits câbles à
incorporer, par
substitution d'un fil d'âme en acier au carbone, un fil d'âme en acier
inoxydable et à mettre
ainsi la surface de ce dernier au contact de la surface des 6 fils T2 en acier
au carbone qui
entourent le fil d'âme en acier inoxydable.
30 ~ Câbles 1 + 6 + 11 )
En partant des groupes de fils précédents (T~ et B~ d'une part, T2 d'autre
part), on réalise à
l'aide de la même machine de câblage que précédemment 2 câbles à couches de
structure
connue ( 1 +6+ 11 ), également particulièrement destinés au renforcement d'une
carcasse de
35 pneumatique industriel, dans laquelle une âme centrale constituée d'un fil
unique est entourée
et au contact d'une première couche interne de six fils, elle-même entourée et
au contact d'une
seconde couche externe de onze fils. Ces câbles à couches consistent donc en
un toron
constitué de 18 fils au total, un fil servant d'âme ou de coeur et les 17
autres étant enroulés
autour de cette âme selon deux couches concentriques adjacentes, la dernière
couche étant dite
40 non saturée.
Dans ces câbles, seule la nature du fil d'âme varie, soit en acier inoxydable
(âme B 1 ), soit en
acier au carbone (âme T~). Le fil d'âme a un diamètre de 0,200 mm environ, ce
qui correspond
aux fils d'indice I. La première couche qui entoure l'âme a un pas d'hélice de
5,5 mm, et la
45 seconde couche (couche externe) un pas d'hélice de 11 mm ; les deux couches
ont le même
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sens d'enroulage (Z) et sont donc constituées au total de 17 fils en acier au
carbone de
diamètre 0,175 mm (fil T2).
Ces câbles sont référencés C-15 et C-16 et ont été préparés selon les
différentes constructions
indiquées entre crochets dans le tableau 4. Le câble C-15 de construction
[1T1+6T2+1 1T2] est
le seul câble constitué exclusivement de fils en acier au carbone et constitue
donc le câble
témoin de cette série. Le câble d'acier hybride référencé C-16 de construction
[IB~+6T2+11T2] est formé de 1 fil B~ en acier inoxydable (AISI 202) au contact
de six fils T2
en acier au carbone formant la première couche interne elle-même entourée
d'une seconde
couche externe non saturée dc 1 1 fils T2. Les propriétés mécaniques de ces
câbles, également
indiquées dans le tableau 4, sont pratiquement identiques en raison de la très
faible proportion
de fils en acier inoxydable qui est utilisée ( 1 seul fil inoxydable pour 18
fils au total).
Le câble hybride C-16 est un câble conforme à l'invention, la microstructure
de l'acier
~ 5 inoxydable de son fil d'âme comportant moins de 5% en volume de
martensite. Est également
conforme à l'invention l'utilisation du fil en acier inoxydable (B 1 ) dans Ie
câble C-16, pour
améliorer par contact la résistance en fatigue-fretting-corrosion des fils T2
en acier au carbone
de la couche interne. Est également conforme à l'invention la méthode pour
améliorer dans le
câble C-16 la résistance en fatigue-fretting-corrosion des fils T' en acier au
carbone de la
couche interne, cette méthode consistant lors de la fabrication desdits câbles
à incorporer, par
substitution du fil d'âme en acier au carbone, un fil d'âme en acier
inoxydable et à mettre ainsi
ce dernier au contact des 6 fils T2 en acier au carbone qui entourent le fil
d'âme en acier
inoxydable.
25 II-3 Endurance des câbles
A7 Test en flexion rotative
Cet essai a pour but de montrer l'endurance améliorée des câbles d'acier
hybrides, en
3o particulier en atmosphère humide, lorsqu'ils sont constitués en partie de
fils en acier
inoxydable. le reste étant constitué de fils en acier au carbone. Les câbles C-
1 à C-7 ont été
soumis au test de flexion rotative décrit au ~ I-4. Les résultats sont donnés
dans te tableau 5
on a noté qu'à chaque fois, la casse était enregistrée sur un fil en acier au
carbone.
35 La contrainte ad est la limite d'endurance correspondant à une probabilité
de rupture de 50%
dans les conditions du test : elle est donnée à la fois en unités absolues
(MPa) et en unités
relatives (u.r.). On note une nette amélioration pour tous les exemples
conformes à l'invention,
ad étant augmentée de 10 à 20% sur les câbles C-2 à C-7, par rapport au câble
témoin C-1 ne
contenant que des fils en acier au carbone. Un examen visuel des différents
fils des câbles
4o testés montre par ailleurs que les phénomènes d'usure sont quasiment
absents dans tous les
cas, et que par conséquent c'est essentiellement une augmentation de la
résistance en fatigue-
corrosion des fils en acier au carbone qui est responsable de ces résultats
améliorés.
En outre, on n'observe pas après le test, dans ces câbles C-2 à C-7, de traces
de corrosion
45 particulières sur les fils en acier au carbone qui étaient au contact des
fils en acier inoxydable
ce résultat est inattendu pour l'homme du métier qui pouvait craindre, dans un
tel
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environnement humide, une corrosion accélérée et rédhibitoire des fils en
acier au carbone, en
raison de la présence-même de ces fils en acier inoxydable et d'effets dits
"de pile" ou "de-
couplage" bien connus en métallurgie.
Cet essai a été mis en oeuvre sur des torons élémentaires de 3 fils, mais il
va de soi que
l'invention concerne tout type de toron élémentaire de formule ( 1 x N)
consistant en un groupe
unitaire de N fils (N >_ 2) enroulés ensemble en hélice en une seule opération
de câblage,
comportant au contact d'un ou plusieurs fils) en acier au carbone au moins un
fil en acier
inoxydable dont la microstructure contient moins de 20% en volume de
martensite. Dans un
tel toron, N pourrait atteindre plusieurs dizaines de fils, par exemple 20 à
30 fils voire plus ;
de préférence, N varie de 2 à S.
Bien entendu, l'invention concerne aussi tout toron de formule simple (i.e.
contenant un petit
nombre de fils) du type (P + Q) - avec P ? 1 ; Q >_ 1 ; de préférence P + Q
variant de 3 à 6 -
~ 5 obtenu par assemblage d'au moins un toron élémentaire (ou fil unitaire)
avec au moins un
autre toron élémentaire (ou fil unitaire), les fils dans un tel toron de
formule (P + Q) n'étant
donc pas enroulés ensemble en hélice au cours d'une seule opération de
retordage,
contrairement au toron dit élémentaire (1 x N) décrit précédemment ; on citera
par exemple
des torons de formule (? + 1 ), (2 + 2), (? + 3) ou encore (~ + 4j.
L'invention concerne aussi tout câble d'acier mufti-torons (assemblage de
plusieurs torons)
dont au moins un toron est conforme à l'invention, ainsi que l'utilisation
d'un fil en acier
inoxydable, dans un tel câble mufti-torons, pour améliorer par contact la
résistance en fatigue-
fretting-corrosion de fils en acier au carbone.
?S
B) Test courroie
Cet essai a pour but de montrer l'augmentation de la résistance en fatigue-
fretting-corrosion de
fils en acier au carbone dans des câbles d'acier hybrides formés de fils en
acier au carbone et
3o de fils en acier inoxydable, ceci grâce au contact entre acier au carbone
et acier inoxydable.
I1 doit ëtre noté ici que les divers revêtements, très minces, pouvant être
présents sur les fils en
acier inoxydable ou sur les fils en acier au carbone, comme par exemple les
revêtements de
nickel etlou de laiton précédemment décrits, sont sans incidence sur les
résultats du test
35 courroie, lesdits revêtements étant enlevés très rapidement, dès les
premiers cycles de
frottement entre les fils.
11 câbles 1 + 6 + 12~
4o Les câbles C-I 1 à C-14 ont été soumis au test courroie décrit au ~ I-5, en
mesurant la force-
rupture initiale et la force-rupture résiduelle (valeurs moyennes) pour chaque
type de fil, selon
la position du fil dans le câble et pour chacun des câbles testés. La
déchéance OFm est donnée
en % dans le tableau 6, à la fois pour les fils d'âme (niveau repéré NO), pour
les fils de la
première couche interne (niveau repéré N1), et pour les fils de la seconde
couche externe
45 (niveau repéré N2). Les déchéances OFm globales ont été également mesurées
sur les câbles
eux-mêmes, et non sur les fils pris isolément.
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- 1-1~ -
a la lecture du tableau 6, on constate les résultats suivants:
- la déchéance des fils d'âme en acier inoxydable (niveau NO : ~Fm = 0 à ~,1
%) est très
nettement inférieure à celle du fil d'âme en acier au carbone (~Fm = ?9,4%) ;
ceci est
obser<~é quel que soit le fil en acier inoxydable utilisé, donc même lorsque
la
microstructure de l'acier inoxydable est pratiquement dépourvue de martensite
(moins
de ~°iô en volume pour les câbles C-12 et C-13), ce qui constitue déjà
un résultat
inattendu:
- de manière encore plus inattendue, les fils en acier au carbone de la couche
interne
(couche N 1 ) - qui étaient dans le câble au contact d'un fil d'âme en acier
inoxydable -
ont nettement mieux résisté au test : leur déchéance ~lFm (8,7 à
10.4°,%) est en moyenne
60°,~~ plus faible que celle des fils de la même couche NI du câble
témoin C-11 (23,7%):
on note ici encore que l'amélioration est sensiblement identique quel que soit
le type de
fil en acier inoxydable utilisé, c'est-à-dire que ce dernier contienne ou non.
de la
martensite:
- toutes les améliorations ci-dessus se répercutent sur la performance et
l'endurance des
câbles eux-mémes: pour les câbles C-1? à C-14, la déchéance globale ~Fm (8.4 à
10,4%) est 30% plus faible que celle du câble témoin ( 1 ~,?°,%);
- enfin. la déchéance des fils de la seconde couche (niveau N?) est
sensiblement
identique (OFm variant de 8.8 à 11 %) quel que soit le câble testé, ce qui
constitue un
résultat attendu dans la mesure où l'environnement de ces fils était le même
quel que
soit le câble testé.
Corrélativement aux résultats ci-dessus, un examen visuel des différents fils
montre que les
phénomènes d'usure, qui résultent du frottement répété des fils entre eux,
sont nettement
3o réduits dans les câbles C-I? à C-14 : ceci est non seulement vrai sur le
fil d'âme en acier
inoxydable à taux élevé de martensite, mais également sur les autres fils
d'âme en acier
inoxydable dont la microstructure est pratiquement dépourvue de martensite ;
qui plus est, et
de manière surprenante, cette usure moindre est également constatée sur les
fils en acier au
carbone de la couche interne (couche N 1 ) dont la surface était au contact de
celle du fil d'âme
35 en acier inoxydable.
?) câbles ~l + 6 + 1 ~L
Les câbles C-l~ et C-16 ont été soumis au test courroie dans les mêmes
conditions que
ao précédemment. La déchéance .~Fm est donnée en % dans le tableau 6, à la
fois pour les fils
d'âme (niveau repéré NO), pour les fils de la première couche interne (niveau
repéré N 1 ), et
pour les fils de la seconde couche externe (niveau repéré N2). Les déchéances
~Fm globales
ont été mesurées sur les câbles eux-mêmes, et non sur les fils pris isolément.
-ts A la lecture du tableau 6, on constate des résultats aussi bons que
précédemment, à savoir:
' ~'EE
_~u,, ~ ~ ;~ç~~"
,__
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- 1~ -
- la déchéance du fil d'âme en acier inoxydable (niveau NO ; ~Fm =
3.7°,~~) est très
nettement inférieure à celle du lïl d'âme en acier au carbone (~Fm = 1 ~,8%);
les fils en acier au carbone de la couche interne (couche N 1 ) - qui étaient
dans le câble
au contact du fil d'âme en acier inoxydable - ont nettement mieux résisté au
test : leur
déchéance JFm (8,3°~) est en moyenne pratiquement deux fois plus faible
que celle des
tïls de la même couche N 1 du câble témoin C-1 ~ ( 1 ~,~%) comportant le fil
d'âme en
acier au carbone;
lo - enfin, la déchéance des fils de la seconde couche (niveau N?) est
sensiblement
identique (~Fm : 9 ou 1 1 %) quel que soit le câble testé, ce qui est normal
puisque
l'environnement de ces fils est le même que le câble soit conforme ou non à
l'invention.
Comme pour l'essai précédent. un examen visuel des différents fils montre que
les
phénomènes d'usure, qui résultent du frottement répété des fils entre eux,
sont nettement
réduits dans le câble C-16 par rapport au câble C-1 ~ ; ceci est non seulement
vrai sur le fil
d'âme en acier inoxydable. dont la microstructure est pratiquement dépourvue
de martensite,
mais encore. de manière surprenante, sur les lïls en acier au carbone de la
couche interne
(couche Nl) qui étaient au contact du fil d'âme en acier inoxydable.
La présence d'un fil d'âme en acier inoxydable. en réduisant de manière
inattendue les
phénomènes de fatigue entre l'âme et lest' fils de la première couche,
améliore donc le
comportement global du câble d'acier. De plus. l'usure réduite entre l'âme et
la première
couche a pour conséquence avantageuse de réduire sensiblement les risques de
coincement
des fils et de déséquilibre de tension qui peuvent en résulter.
Ces essais décrivaient des câbles à couches de structure ( 1-6-l'_') et ( 1-
6~1 1) mais
l'invention concerne aussi tout type de câble à couche(s), fretté ou non
fretté, comportant au
3o contact d'un ou plusieurs fils) en acier au carbone au moins un fil en
acier inoxydable dont la
microstructure contient moins de ?0% en volume de martensite, un tel câble à
couches) ayant
en particulier la structure générale (X~~'-Z) consistant en une âme de X fils)
entourée et au
contact d'au moins une première couche de Y fils éventuellement elle-même
entourée d'une
seconde couche de Z fils, avec de préférence X variant de 1 à ~, Y de 3 à 1?.
Z de 8 à ?0 le cas
35 échéant.
A titre d'exemple. pour un tel câble, on a dans la première couche (saturée ou
non saturée):
Y=~ou~ou6siX=1 ;Y=6ou7ou8siX=2;Y=8ou9ou lOsiX=3;Y=Sou 10
ou 11 si X = 4, cette première couche pouvant être unique (dans ce cas Z = 0)
ou au contraire
-to entourée elle-même d'une seconde couche (saturée ou non saturée)
constituée de Z fils, avec
parexempleZ=lloul?siY=6;Z=l~oul3siY=7;Z=13ou1~siY=8;Z=l4 ou
1 ~ si Y = 9, les pas et/ou les sens d'enroulement et/ou les diamètres des
fils étant identiques ou
différents d'une couche à l'autre, un tel câble pouvant être éventuellement
fretté par un fil
enroulé en hélice autour de la dernière couche.
-t 5
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Dans un tel câble à couche(s), selon un mode préférentiel de réalisation de
l'invention, l'âme
centrale est constituée d'un ou plusieurs fils} en acier inoxydable entourés)
et au contact d'au.
moins une première couche de fils en acier au carbone. En particulier,
l'avantage d'un câble à
couches) dont l'âme est constitué d'un seul fil en acier inoxydable, tel que
par exemple les
câbles de formule (1+6+12) ou (1+6+11) décrits aux essais précédents, doit
être souligné : le
fil d'âme, compte-tenu de sa position dans le câble, étant moins sollicité
lors de l'opération de
câblage, il n'est pas nécessaire pour ce fil d'employer des compositions
particulières d'acier
inoxydable offrant une ductilité en torsion élevée.
Un autre problème connu concernant l'utilisation de fils en acier inoxydable
dans des câbles
pour pneumatiques est lié au fait que le laiton, utilisé pour le collage du
câble avec le
caoutchouc, est en général plus difficile à déposer sur un fil en acier
inoxydable que sur un fil
en acier au carbone. d'où la nécessité de déposer une couche intermédiaire,
par exemple une
couche de nickel. Or, pour un câble à couches) ne comportant qu'une âme en
acier
inoxydable - qui n'est donc pas dans le cas général en contact direct avec le
caoutchouc -, les
opérations de laitonnage et de nickelage peuvent être supprimées, ce qui
réduit les coüts dc
fabrication et d'utilisation des fils en acier inoxydable. Le fil peut alors
être simplement tréfilé
par tréfilage à sec, ou par tréfilage humide dans une huile minérale.
3o ~l Essais en ~neumatiaue
Cet essai a pour but de montrer que l'utilisation dans un câble d'acier d'un
seul fil en acier
inoxydable que l'on met au contact de deux fils en acier au carbone, pour
améliorer la
résistance en fatigue-fretting-corrosion de ces derniers, et donc l'endurance
du câble lui-
même, permet d'augmenter de manière notable la longévité de la carcasse d'une
enveloppe de
pneumatique, ce résultat étant obtenu que la microstructure de l'acier
inoxydable contienne ou
non dc la martensite.
Dans cet essai, on réalise quatre enveloppes de pneumatiques P-1, P-2, P-3, P-
4 dont la
3o carcasse radiale, constituée d'une seule nappe radiale, est renforcée
respectivement avec les
câbles C-l, C-2, C-3 et C-4. L'enveloppe P-1 constitue donc l'enveloppe témoin
de ces essais.
On monte ces enveloppes sur des jantes connues identiques et on les gonfle à
la même
pression avec de l'air saturé en humidité. On fait ensuite rouler ces
enveloppes sur une
machine de roulage automatique, sous la même surcharge et à la même vitesse,
jusqu'à la
rupture des câbles (rupture de l'armature carcasse).
On constate alors que les différentes enveloppes parcourent la distance qui
suit (base 100 pour
l'enveloppe témoin):
ao P-1 : 100
;
P-2 : 220
;
P-3 : 280
;
P-4 : 220
.
Les enveloppes renforcées conformément à l'invention parcourent donc une
distance de deux à
pratiquement trois fois supérieure à celle de l'enveloppe témoin.
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En conséquence, comme le démontrent les différents exemples de réalisation qui
précèdent,
l'invention permet d'améliorer de manière importante l'endurance des câbles
d'acier destinés
notamment aux articles en matière plastique et/ou en caoutchouc, en
particulier aux
enveloppes de pneumatiques, ainsi que la durée de vie de ces articles eux-
mêmes. En mettant
s au contact, dans ces câbles d'acier, la surface d'un fil en acier au carbone
avec la surface d'un
fil en acier inoxydable, même lorsque des revêtements sont présents à la
surface de ces fils en
couche très mince ou ultra-mince, on améliore de manière inattendue la
résistance en fatigue-
fretting-corrosion du fil en acier au carbone.
On a trouvé ainsi comment augmenter à moindre coût, voire avec un surcoût
négligeable dans
certains cas, la longévité des câbles d'acier pour pneumatiques et celle des
pneumatiques qu'ils
renforcent.
Alors que les fils en acier inoxydable étaient utilisés selon EP-A-648 891
pour leurs propres
t5 propriétés de résistance à la traction, à la fatigue et à la corrosion, les
fils en acier inoxydable
ne sont plus utilisés, conformément à la présente invention, que pour
améliorer par contact les
propriétés de résistance à la fatigue des autres fils en acier au carbone avec
lesquels ils sont
câblés.
2o La résistance en traction des câbles dc l'invention peut ainsi être assurée
essentiellement par
des fils en acier au carbone, de préférence majoritaires. Les fils en acier
inoxydable ne
contribuant que faiblement voire de manière quasi-négligeable à la résistance
en traction des
câbles, les propriétés mécaniques de ces fils en acier inoxydable ne sont pas
critiques. Elles ne
sont pas critiques en ce sens que la composition et la microstructure de
l'acier inoxydable ne
25 sont plus dictées, comme cela était le cas dans les câbles formés de fils
en acier inoxydable de
l'art antérieur, par des exigences de résistance mécanique. Un large éventail
de compositions
d'acier inoxydable est ainsi possible, de manière à pouvoir optimiser les
contraintes de coût et
de procédé d'obtention des fils.
3o De préférence, conformément à l'invention, on a au moins une des
caractéristiques suivantes
qui est vérifiée par les aciers des fils constitutifs des câbles:
- l'acier au carbone comporte entre 0,5% et 1,0%, plus préférentiellement
entre 0,68% et
0,95% de carbone, ces domaines de concentration représentant un bon compromis
entre
35 les propriétés mécaniques requises pour le pneumatique et la faisabilité du
fil ; il est à
noter que dans les applications où les plus hautes résistances mécaniques ne
sont pas
nécessaires, qu'il s'agisse d'utilisations en pneumatique ou hors pneumatique,
on pourra
utiliser avantageusement des aciers au carbone dont la teneur en carbone varie
entre
0,50% et 0,68%, notamment de 0,55% à 0,60%, de tels aciers étant finalement
moins
4o coûteux car plus faciles à tréfiler;
- l'acier inoxydable comporte moins de 0,2% de carbone (pour la facilité de
transformation), entre 16% et 20% de chrome (bon compromis entre le coût du
fil et ses
propriétés de corrosion), moins de 10% de nickel et moins de 2% de molybdène
(de
4s manière à limiter le coût du fil);
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- plus préférentiellement, l'acier inoxydable comporte moins de 0,12% de
carbone, entre
17% et 19% de chrome, et moins de 8% de nickel, le taux de carbone étant plus-
préférentiellement encore au plus égal à 0,08% (pour les mêmes raisons que ci-
dessus);
De préférence, au moins une des caractéristiques suivantes est vérifiée dans
le câble conforme
à l'invention:
- la microstructure de l'acier inoxydable comporte moins de 10%, plus
préférentiellement comporte moins de 5% ou est dépourvue de martensite (% en
i o volume), un tel acier étant moins coûteux et plus facile à transformer;
- les fils en acier, pour un bon compromis résistance / tenue en flexion /
faisabilité, ont
un diamètre ~ compris entre 0,10 et 0,45 mm, plus préférentiellement compris
entre 0,12
et U,35 mm lorsque le câble est destiné à renforcer une enveloppe de
pneumatique;
~5 encore plus préférentiellement, les fils en acier ont un diamètre ~ allant
de 0,15 à
0,25 mm, en particulier lorsque le câble est destiné à renforcer une armature
carcasse
d'une enveloppe de pneumatique;
- les fils en acier au carbone ont un taux d'écrouissage final E supérieur à
2,0. dc
2o préférence supérieur à 3,0;
- les fils en acier au carbone ont une résistance en traction au moins égale à
2000 MPa,
plus préférentiellement supérieure à 2500 MPa;
~5 - au moins 50%, plus préférentiellement la majorité, des fils en acier sont
des fils en
acier au carbone; de manière encore plus avantageuse, au moins deux tiers
(2/3) des fils
en acier sont des fils en acier au carbone;
- chaque fil en acier au carbone est au contact d'au moins un fil en acier
inoxydable.
Pour le renforcement de carcasses de pneumatiques industriels, l'invention est
de préférence
mise en oeuvre avec des câbles de structure (1+6+12) ou (1+6+11), en
particulier lorsque seul
ie fil d'âme est en acier inoxydable.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation
précédemment décrits.
C'est ainsi par exemple que l'invention concerne tout câble d'acier hybride
mufti-torons
("multistrand ropc") dont la structure incorpore au moins un toron conforme à
l'invention, en
particulier au moins un toron de formule telle que décrite précédemment, du
type (1 x N),
(P + Q) ou encore (X + Y + Z).
L'invention concerne également tout câble d'acier mufti-torons hybride dont au
moins un
toron en acier inoxydable (i.e. constitué de fils en acier inoxydable) est au
contact d'un ou
plusieurs torons) en acier au carbone (i.e. constitué(s) de fils en acier au
carbone), l'invention
concernant également l'utilisation d'au moins un toron en acier inoxydable,
dans un tel câble
mufti-torons, pour améliorer par contact l'endurance en fatigue-fretting-
corrosion des fils en
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acier au carbone des autres torons. -
Dans les exemples précédents, les fils en acier inoxydable comportaient un
revêtement de
nickel et on effectuait un laitonnage avant de réaliser l'écrouissage final,
mais d'autres modes
s de réalisation sont possibles, par exemple en remplaçant le nickel par une
autre matière
métallique, par exemple le cuivre, le zinc, l'étain, le cobalt ou des alliages
de un ou plusieurs
de ces composés. D'autre part, le nickel était déposé en couche relativement
épaisse (environ
0,3 pm avant écrouissage), mais des couches ultra-minces sont suffisantes,
obtenues par
exemple par des dépôts dits de type "flash" (par exemple d'épaisseur 0,01 à
0,03 pm avant
lo tréfilage, soit 0,00? à 0,006 um après tréfilage).
L'écrouissage final pourrait être également réalisé sur un fil dit "clair",
i.e. dépourvu de
revëtement métallique, qu'il s'agisse d'un fil en acier inoxydable ou d'un fil
en acier au
carbone. On a constaté que les résultats au test courroie ct au test de
flexion rotative étaient
~5 sensiblement identiques, que les fils en acier inoxydable ou en acier au
carbone soient clairs
ou au contraire revêtus de leurs revêtements respectifs.
Bien entendu, les rls en acier au carbone pourraient eux aussi être recouverts
d'une fine
couche métallique autre que du laiton, ayant par exemple pour fonction
d'améliorer la
2o résistance à la corrosion de ces fils et/ou leur adhésion au caoutchouc,
par exemple une fine
couche de Co, Ni. Zn, A1, d'alliage Al-Zn, d'un alliage de deux ou plus des
composés Cu, Gn,
Ni, Co, Sn, tel que par exemple un alliage ternaire Cu-Zn-Ni contenant en
particulier de 5 à
1 S% de nickel, une telle couche métallique pouvant être obtenue notamment par
des
techniques de dépôt du type "flash" tel que décrit précédemment.
2s
Les câbles en acier hybrides de l'invention peuvent d'autre part, sans que
l'esprit de l'invention
soit modifié, contenir des fils de diamètres ou de natures différents, par
exemple des fils en
aciers inoxydables de compositions différentes ou des fils en aciers au
carbone de
compositions différentes ; ils peuvent aussi contenir des fils métalliques
autres que des fils en
3o acier au carbone ou en acier inoxydable, en plus de ces derniers, ou encore
des fils non
métalliques comme des fils en matières minérales ou organiques. Les câbles de
l'invention
peuvent aussi comporter des fils préformés, par exemple ondulés, destinés à
aérer plus ou
moins la structure des câbles et à augmenter leur pénétrabilité par des
matières plastiques
et/ou en caoutchouc, les périodes de préformation ou d'ondulation de tels fils
pouvant être
35 inférieures, égales ou supérieures au pas des câbles eux-mêmes.
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Tableau 1
AcierAISI C Cr Ni Mn Mo Si Cu N
T 1069 0.7 - - 0.~ - 0,2 -
A 316 0,03 17.5 12,6 0,7 2,4 0.5 0,2 U,03
B 202 0,08 18,1 5,4 9.2 - 0.6 - 0,03
C 302 0,08 18.4 8,8 0,8 U,2 0,7 0,4 0.05
Tableau 2
Fil Acier ~ MartensiteFm A Rm
(%) (N) (%) (MPa)
T~ T 3.2 0.200 0 82 1,0 262
A ~ A 2.7 0.20 < S 61 1,7 1839
B ~ B ~,2 0,203 < 5 67 2,4 2057
C t C 3.2 0,199 > 60 78 1,1 2502
T2 T 3,5 0,175 0 69 1,0 2876
A~ A 3,1 0,174 < 5 43 1,6 1793
B2 B ~,5 0,173 < 5 50 2,1 2118
C2 C 3,5 0,171 > 70 62 1,0 2876
Tableau 3
Cble ConstructionFm A Rm
(N) (%) (MPa)
C-1 [3 T'] 202 1,9 2835
C-2 [2 'r2 + 177 1,5 2489
1 A2]
C-3 [2 T2 + 185 2,0 2595
1 B2]
C-4 [2 T2 + 197 1,8 2760
1 C2]
C-5 [ 1 T2 + 146 1,6 2209
2 A2]
C-6 [ 1 T2 + 168 1,9 2368
2 B2]
C-7 [ 1 T2 + 191 1,8 2680
2 C2]
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Tableau 4
Cble Construction Fm A Rm
(N) (%) (MPa)
C-1 1 [1 TI + 6 T2 + 1237 1,8 2628
12 T2]
C-12 [ I A ~ + 6 Tz 1243 1,6 2635
C-13 + 12 T2] 1245 1,9 2680
C-14 [ t B I + 6 T2 1275 1.9 2705
+ 12 T2]
[ 1 C I + 6 T2
+ 12 'I~2]
C-15 [1 TI + 6 'I~2 1177 2.2 2683
+ I 1 T2]
C-16 [1 BI + 6 T2 + 1 116 1,8 2536
11 T2]
Tableau 5
Cble ad (MPa) ad (u.
r.)
C-1 400 I 00
C-2 454 114
C-3 438 110
C-4 445 1 11
C-5 475 1 19
C-6 468 1 17
C-7 478 120
Tableau 6
Cble OFm
(%)
No Nt N2 Cble
C-11 29.4 23,7 9,4 15,2
C-12 5,1 8,7 9.4 9
C-13 0 9,3 8,8 8,4
C-14 0,6 10,4 11 10,4
C-15 15,8 15,5 8,4 1 1,1
C-16 3,7 8,3 10,1 9,1
