Depraetere, Eric (4 rue de la Limagne, Thuret, Thuret, F-63260, FR)
Cordonnier, Fran�ois-jacques (53 rue de Durtol, Clermont-Ferrand, Clermont-Ferrand, F-63100, FR)
Depraetere, Eric (4 rue de la Limagne, Thuret, Thuret, F-63260, FR)
| 1. | Câble d'acier hybride caractérisé en ce qu'il comporte, au contact d'un ou plusieurs fil(s) en acier au carbone, au moins un fil en acier inoxydable dont la microstructure contient moins de 20% de martensite (% en volume). |
| 2. | Câble selon la revendication 1 dans lequel la microstructure de l'acier inoxydable comporte moins de 5% ou est dépourvue de martensite. |
| 3. | Câble selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel l'acier au carbone comporte entre 0,68% et 0,95% de carbone (% en poids). |
| 4. | Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'acier inoxydable comporte moins de 0,2% de carbone, entre 16% et 20% de chrome, moins de 10% de nickel et moins de 2% de molybdène (% en poids). |
| 5. | Câble selon la revendication 4, dans lequel l'acier inoxydable comporte moins de 0,12% de carbone, entre 17% et 19% de chrome, et moins de 8% de nickel. |
| 6. | Câble selon la revendication 5, l'acier inoxydable comportant au plus 0,08% de carbone. |
| 7. | Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dont chaque fil en acier a un diamètre entre 0,12 et 0,35 mm. |
| 8. | Câble selon la revendication 7, dont chaque fil en acier au carbone a un taux d'écrouissage final E supérieur à 2, de préférence supérieur à 3. |
| 9. | Câble selon la revendication 8, dont chaque fil en acier au carbone a une résistance en traction au moins égale à 2000 MPa, de préférence supérieure à 2500 MPa. |
| 10. | Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dont les fils en acier inoxydable sont recouverts d'une couche de nickel. |
| 11. | Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dont les fils en acier au carbone ou en acier inoxydable sont recouverts d'une couche de laiton. |
| 12. | Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel chaque fil en acier au carbone est au contact d'au moins un fil en acier inoxydable. |
| 13. | Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel au moins 50% des fils en acier sont des fils en acier au carbone. |
| 14. | Câble selon la revendication 13 du type toron élémentaire de structure (1 x N) consistant en un groupe de N fils (N 2 2) enroulés ensemble en hélice, chaque fil en acier au carbone étant au contact d'au moins un fil en acier inoxydable. |
| 15. | Câble selon la revendication 13 du type câble à couche(s) de structure (X+Y+Z) consistant en une âme de X fil(s) entourée d'au moins une première couche de Y fils elle même éventuellement entourée d'une seconde couche de Z fils, avec de préférence X variant de 1 à 4, Y de 3 à 12, Z de 8 à 20 le cas échéant. |
| 16. | Câble selon la revendication 15 du type câble à couche(s), dont l'âme centrale est constituée d'un ou plusieurs fil(s) en acier inoxydable entouré(s) et au contact d'au moins une première couche de fils en acier au carbone. |
| 17. | Câble à couches selon la revendication 16 de structure (1+6+11) ou (1+6+12), dont l'âme centrale est constituée d'un fil en acier inoxydable entouré et au contact d'une première couche de 6 fils en acier au carbone ellemême entourée d'une seconde couche de 11 ou 12 fils, respectivement, en acier au carbone. |
| 18. | Méthode pour améliorer dans un câble d'acier la résistance en fatiguefretting corrosion d'un ou plusieurs fil(s) en acier au carbone, caractérisée en ce que, lors de la fabrication dudit câble, on lui incorpore au moins un fil en acier inoxydable de manière à le mettre au contact de ce(s) fil(s) en acier au carbone. |
| 19. | Méthode selon la revendication 18 dans laquelle la microstructure de l'acier inoxydable contient moins de 20% de martensite (% en volume). |
| 20. | Méthode selon la revendication 19 dans laquelle la microstructure de l'acier inoxydable contient moins de 5% ou est dépourvue de martensite. |
| 21. | Utilisation dans un câble d'acier d'au moins un fil en acier inoxydable pour améliorer par contact la résistance en fatiguefrettingcorrosion d'un ou plusieurs fil(s) en acier au carbone. |
| 22. | Utilisation selon la revendication 21 dans laquelle la microstructure de l'acier inoxydable contient moins de 20% de martensite (% en volume). |
| 23. | Utilisation selon la revendication 22 dans laquelle la microstructure de l'acier inoxydable contient moins de 5% ou est dépourvue de martensite. |
| 24. | Utilisation d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 pour le renforcement d'un article en matière plastique et/ou en caoutchouc, notamment d'une enveloppe de pneumatique. |
| 25. | Article en matière plastique et/ou en caoutchouc renforcé par un câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 17. |
| 26. | Article en caoutchouc selon la revendication 25 consistant en une nappe d'armature carcasse pour enveloppe de pneumatique. |
| 27. | Article en caoutchouc selon la revendication 25 consistant en une enveloppe de pneumatique. |
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 documents. Ils sont de manière connue constitués de fils en acier perlitique (ou ferrito- perlitique) au carbone, désigné ci-après "acier au carbone", dont la teneur en carbone est normalement comprise entre 0,2% et 1,2% (% en poids), le 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 2500 MPa, obtenue grâce au durcissement structural intervenant lors de la phase d'écrouis sage des fils.
Ces fils sont ensuite assemblés sous forme de 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 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 de "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 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 sollicitations en flexion répétée peuvent être 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 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- 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
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 martensite. 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- mêmes.
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-648 891 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 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 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.
En conséquence, un premier objet de l'invention est un câble d'acier hybride comportant, au contact d'un ou plusieurs fil(s) 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 fil(s) 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 martensite.
Un autre objet de l'invention est une méthode pour améliorer dans un câble d'acier la résistance en fatigue-fretting-corrosion d'un ou plusieurs fil(s) 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) fil(s) 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 de pneumatique, des nappes de renforcement destinées notamment 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 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-l. Mesures dynamométriques 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 AFNORNF A 03-151 de juin 1978.
I-2. Ecrouissage Par définition, le taux d'un écrouissage noté £ est donné par la formule: £ = Ln (Si / Sf),
Ln étant le logarithme népérien, Si étant la section initiale du fil avant cet écrouissage et Sf 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 l'acier, en particulier la martensite oc', la martensite £ et l'austénite 7, 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 X 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 martensites et l'austénite), le balayage est réalisé de 50 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 Iint = (Lmh x Imax) / P , avec: - Iint : intensité intégrée du pic - Lmh: largeur à mi-hauteur du pic (en degrés) - 1max: intensité du pic (en coups par seconde) - P : pas de mesure du pic (par exemple 0,05 degré en 28).
On a par exemple les raies caractéristiques suivantes austénite Y raie (111) 20= 66,8 raie (200) 20 = 79,0 raie (220) 20 = 128,7 martensite α' raie (110) 2# = 68,8 raie (200) # = 106 raie (211) 20 = 156,1 martensite # raie (100) 2# = 65,4 raie (002) 20 = 71,1 raie (101) 20= 76,9 raie (102) 2û = 105,3 raie (110) 20=136,2 L'angle 20 est l'angle total en degrés entre le faisceau incident et le faisceau diffracté.
Les structures cristallographiques des phases précédentes sont les suivantes
- austénite y: cubique à faces centrées; - martensite α': cubique centrée ou quadratique centrée; - martensite E : hexagonale compacte.
On peut alors calculer le pourcentage en volume d'une phase quelconque "i", par la relation suivante: % de la phase "i" = Ii/lt,avec: - 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.
On a donc en particulier: % de martensite α' = la / It % de martensite £ = I# l It % total de martensite = (Iα' + I#)/It % d'austénite 7 = Iγ 17 / It avec: lal = intensité intégrée de tous les pics de la martensite oc'; = = intensité intégrée de tous les pics de la martensite E 17 = 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 α' et martensite £, le terme % en martensite représentant donc le % en 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.
1-4. Test de flexion rotative Le test de flexion rotative ("Hunter 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
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 6 dont l'intensité varie avec le rayon de courbure imposé, fonction lui-même de la longueur utile d'échantillon (par exemple de 70 à 250 mm) 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 solliciter chaque point de la circonférence de sa section transversale alternativement en extension et en compression (+ a ; - 6).
En pratique, le test est conduit de la manière suivante: on choisit une première contrainte 6 et on lance le test de fatigue pour un nombre maximal de 10 5 cycles, à raison de 3000 rotations par minute. Selon le résultat obtenu - i.e. rupture ou non-rupture du câble au bout de ces 10 5 cycles maximum - on applique une nouvelle contrainte 6 (inférieure ou supérieure à la précédente, respectivement) sur une nouvelle éprouvette, en faisant varier cette contrainte 6 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 statistique des essais défini par cette méthode de l'escalier conduit à la détermination d'une limite d'endurance - notée ad - qui correspond à une probabilité de rupture du câble de 50% au bout des 105 cycles de fatigue. A titre d'exemple la contrainte 6 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 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 6 est la suivante: 6= = 1,198 E / C, 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
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 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 orienté 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 même 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% de la force-rupture initiale et subisse des cycles de variation de 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% d'humidité relative. La durée des sollicitations pour chaque courroie est de l'ordre de 3 semaines. A la fin de ces sollicitations, on extrait les câbles des courroies, par décorticage, 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 AFm et exprimée en en en comparant la force-rupture résiduelle à la force-rupture initiale.
Cette déchéance AFm 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.
II. EXEMPLES DE REALISATION 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 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 (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 ce tableau 1 indiquant que l'élément correspondant n'est présent qu'à l'état résiduel. On entend ici 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 enjouant sur le taux d'écrouissage final des fils, on prépare deux groupes de fils de diamètres différents, un premier groupe de fils de diamètre moyen égal à environ 0,200 mm pour les fils d'indice 1 (fils Ti, Ai, Bi, Cl), 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 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 et/ou décapage avant leur mise en oeuvre ultérieure, les fils en acier inoxydable étant en outre recouverts, par dépôt électrolytique, d'une couche de nickel d'environ 0,3 llm (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 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) / (phase a + phase ) étant égal à environ 0,85. Aucun traitement thermique n'est effectué sur le fil après l'obtention du revêtement de laiton.
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 £ 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 très faible, nettement inférieure au micromètre, par exemple de l'ordre de 0,15 à 0,30 llm (dont environ 0,05 pm de nickel s'il y a lieu), ce qui est négligeable par rapport au diamètre + des fils en acier.
Les fils Ai et B1 d'une part, A2 et B2 d'autre part sont dépourvus de martensite ou en contiennent moins de 5% (en volume). Les fils Cl et 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.
On rappelle que lors du procédé de fabrication des fils, le revêtement 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.
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.
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. a) Câbles (1 x 3) 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 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-l à C-7 sont également indiquées dans ce tableau 3.
Le câble C-i 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) dernier(s) 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 C-5, C-6 et C-7). A titre d'exemple, le câble C-2 de construction [2T2+1A2] est formé de 2 fils T2 en acier au carbone au contact de 1 fil A2 en acier inoxydable (AISI 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-S 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 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 (i + 6 + 12) En partant des deux groupes de fils précédents (Ti, Al, Bl et Cl 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 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 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 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 18 fils en acier au carbone de diamètre 0,175 mm (fil T2).
A chaque âme de câble correspond donc une variante d'acier du tableau 1. Ces câbles sont référencés C-l 1 à C-14 et ont été préparés selon les différentes constructions indiquées entre
crochets dans le tableau 4. Le câble C-ll'de construction [lTI+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 [lAt+6T2+12T2] est formé de 1 fil Ai 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, même 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).
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 (Ai, Bl ou Cl) dans les câbles C-12 à C-14, pour améliorer par contact la résistance en fatigue-fretting- corrosion des fils T2 en acier au carbone de la couche interne, l'invention couvrant en effet l'utilisation du fil Ci 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 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. c) Câbles (1 + 6 + 11? En partant des groupes de fils précédents (Tl et B1 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 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 non saturée.
Dans ces câbles, seule la nature du fil d'âme varie, soit en acier inoxydable (âme Bol), soit en acier au carbone (âme Tel). Le fil d'âme a un diamètre de 0,200 mm environ, ce qui correspond aux fils d'indice 1. La première couche qui entoure l'âme a un pas d'hélice de 5,5 mm, et la seconde couche (couche externe) un pas d'hélice de 11 mm ; les deux couches ont le même
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 [lTI+6T2+11T2] 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 [lBi+6T2+l lT2] est formé de 1 fil B l 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 de 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 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 i) dans le 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 T2 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.
II-3. Endurance des câbles A? Test en flexion rotative Cet essai a pour but de montrer l'endurance améliorée des câbles d'acier hybrides, en 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-l à C-7 ont été soumis au test de flexion rotative décrit au I-4. Les résultats sont donnés dans le tableau 5 on a noté qu'à chaque fois, la casse était enregistrée sur un fil en acier au carbone.
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-l ne contenant que des fils en acier au carbone. Un examen visuel des différents fils des câbles 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 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
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 2) enroulés ensemble en hélice en une seule opération de câblage, comportant au contact d'un ou plusieurs fil(s) 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 5.
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 2 1; Q 2 1; de préférence P + Q variant de 3 à 6 - 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 (2 + 1), (2 + 2), (2 + 3) ou encore (2 + 4).
L'invention concerne aussi tout câble d'acier multi-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 multi-torons, pour améliorer par contact la résistance en fatigue- fretting-corrosion de fils en acier au carbone.
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 de fils en acier inoxydable, ceci grâce au contact entre acier au carbone et acier inoxydable.
Il doit être 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 et/ou de laiton précédemment décrits, sont sans incidence sur les résultats du test courroie, lesdits revêtements étant enlevés très rapidement, dès les premiers cycles de frottement entre les fils.
1)câbles(1 +6+12): 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 AFm 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 (niveau repéré N2). Les déchéances AFm globales ont été également mesurées sur les câbles eux-mêmes, et non sur les fils pris isolément.
A la lecture du tableau 6, on constate les résultats suivants: - la déchéance des fils d'âme en acier inoxydable (niveau NO ; AFm = 0 à 5,1%) est très nettement inférieure à celle du fil d'âme en acier au carbone (AFm = 29,4%) ; ceci est observé 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 5% 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 N1) - qui étaient dans le câble au contact d'un fil d'âme en acier inoxydable - ont nettement mieux résisté au test : leur déchéance AFm (8,7 à 10,4%) est en moyenne 60% plus faible que celle des fils de la même couche N1 du câble témoin C-i (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-mêmes: pour les câbles C-12 à C-14, la déchéance globale AFm (8,4 à 10,4%) est 30% plus faible que celle du câble témoin (15,2%); - enfin, la déchéance des fils de la seconde couche (niveau N2) est sensiblement identique (AFm 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 réduits dans les câbles C-12 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 N1) dont la surface était au contact de celle du fil d'âme en acier inoxydable.
2) câbles (i +6+11): Les câbles C-15 et C-16 ont été soumis au test courroie dans les mêmes conditions que précédemment. La déchéance AFm 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 (niveau repéré N2). Les déchéances AFm globales ont été mesurées sur les câbles eux-mêmes, et non sur les fils pris isolément.
A la lecture du tableau 7, on constate des résultats aussi bons que précédemment, à savoir:
- la déchéance du fil d'âme en acier inoxydable (niveau NO ; AFm = 3,7%) est très nettement inférieure à celle du fil d'âme en acier au carbone (AFm = 15,8%); - les fils en acier au carbone de la couche interne (couche N1) - qui étaient dans le câble au contact du fil d'âme en acier inoxydable - ont nettement mieux résisté au test : leur déchéance AFm (8,3%) est en moyenne pratiquement deux fois plus faible que celle des fils de la même couche N1 du câble témoin C-i (15,5%) comportant le fil d'âme en acier au carbone; - enfin, la déchéance des fils de la seconde couche (niveau N2) est sensiblement identique (AFm : 9 ou 11%) 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 Ce 15 ; 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 fils en acier au carbone de la couche interne (couche N1) 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 les 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+12) et (1+6+11) mais l'invention concerne aussi tout type de câble à couche(s), fretté ou non fretté, comportant au contact d'un ou plusieurs fil(s) en acier au carbone au moins un fil en acier inoxydable dont la microstructure contient moins de 20% en volume de martensite, un tel câble à couche(s) ayant en particulier la structure générale (X+Y+Z) consistant en une âme de X fil(s) 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 4, Y de 3 à 12, Z de 8 à 20 le cas échéant.
A titre d'exemple, pour un tel câble, on a dans la première couche (saturée ou non saturée): <BR> <BR> Y = 4 ou 5 ou 6 SiX = i; Y = 6 ou 7 ou 8 SiX = 2 ; Y = 8 ou 9 ou 10 SiX = 3 ; Y = 9 ou 10 ou 11 si X = 4, cette première couche pouvant être unique (dans ce cas Z = 0) ou au contraire entourée elle-même d'une seconde couche (saturée ou non saturée) constituée de Z fils, avec par exemple Z = 11 ou 12 si Y = 6 ; Z = 12 ou 13 si Y = 7 ; Z = 13 ou 14 si Y = 8 ; Z = 14 ou 15 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.
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 fil(s) en acier inoxydable entouré(s) et au contact d'au moins une première couche de fils en acier au carbone. En particulier, l'avantage d'un câble à couche(s) 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 couche(s) 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 coûts de 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.
C) Essais en pneumatique 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 de la martensite.
Dans cet essai, on réalise quatre enveloppes de pneumatiques P-l, P-2, P-3, P-4 dont la 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-l 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): 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.
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 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 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.
La résistance en traction des câbles de 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 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.
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 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 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 manière à limiter le coût du fil);
- 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 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 0,35 mm lorsque le câble est destiné à renforcer une enveloppe de pneumatique; 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 £ supérieur à 2,0, de 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; - 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 le 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 multi-torons ("multistrand rope") 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 multi-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 toron(s) 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 multi-torons, pour améliorer par contact l'endurance en fatigue-fretting-corrosion des fils en
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 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 llm avant tréfilage, soit 0,002 à 0,006 pm après tréfilage).
L'écrouissage final pourrait être également réalisé sur un fil dit "clair", i.e. dépourvu de revêtement 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 et au test de flexion rotative étaient 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 fils 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 résistance à la corrosion de ces fils et/ou leur adhésion au caoutchouc, par exemple une fine couche de Co, Ni, Zn, Al, d'alliage Al-Zn, d'un alliage de deux ou plus des composés Cu, Zn, Ni, Co, Sn, tel que par exemple un alliage ternaire Cu-Zn-Ni contenant en particulier de 5 à 15% de nickel, une telle couche métallique pouvant être obtenue notamment par des techniques de dépôt du type "flash" tel que décrit précédemment.
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 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 inférieures, égales ou supérieures au pas des câbles eux-mêmes.
Tableau 1 Acier AISI C Cr Ni Mn Mo Si Cu N T 1069 0,7 - - 0,5 - 0,2 - - A 316 0,03 17,5 12,6 0,7 2,4 0,5 0,2 0,03 B 202 0,08 18,1 5,4 9,2 - 0,6 - 0,03 C 302 0,08 18,4 8,8 - 0,8 0,2 0,7 0,4 0,05 Tableau 2 Fil Acier # # Martensite Fm A Rm (%) (N) (%) (MPa) T T 3,2 0,200 | 0 82 | 1,0 2625 A1 A 2,7 0,205 <5 61 1,7 1839 B1 B 2,2 0,203 <5 67 2,4 2057 C1 C 3,2 0,199 > 60 78 1,1 2502 T2 T 3,5 0,175 0 69 1,0 2876 A2 A 3,1 0,174 <5 43 1,6 1793 B2 B 2,5 0,173 <5 50 2,1 2118 C2 C 3,5 0,171 > 70 62 1,0 2876 Tableau 3 Câble | Construction | Fm | A | Rm (N) (%) (MPa) Cl [3 T2] 202 1,9 2835 C-2 [2 T2 + 1 A2] 177 1,5 2489 C-3 | [2 T2 + 1 B2] | 185 | 2,0 | 2595 C-4 [2 T2 + 1 C2] 197 1,8 2760 C-5 [1 T2 + 2 A2] 146 1,6 2209 C-6 [1 T2 + 2 B2] 168 1,9 2368 C-7 [1 T2 + 2 C2] 191 1,8 2680 Tableau 4 Câble Construction Fm A Rm (N) (%) (MPa) C-il [1 Tl + 6 T2 + 12 T2] 1237 1,8 2628 C-12 [1 A1 + 6 T2 + 12 T2] 1243 1,6 2635 C-13 [1 B1 + 6 T2 + 12 T2] 1245 1,9 2680 C-14 [1C1 + 6 T2 + 12 T2] 1275 1,9 2705 C-15 [1 T1 + 6 T2 + 11 T2] 1177 2,2 2683 C-16 [1 B1 + 6 T2 + 11 T2] 1116 1,8 2536 Tableau 5 Câble #d (MPa) #d (u. r.) C-1 400 100 C-2 454 114 C-3 | 438 | 110 C-4 445 111 C-S 475 119 C-6 468 117 C-7 478 120 Tableau 6 Câble AFm (%) No N1 N2 Câble 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 11,1 C-16 3,7 8,3 10,1 9,1
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