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Perfectionnements aux câbles en fils métalliques.
Le but de la présente invention est de fournir un câble métal- lique fabriqué au moyen d'un fil d'acier possédant des propriétés qui le rendent spécialement apte à répondre aux sollicitations dont il est l'objet pendant l'emploi, par un procédé qui permet une sim- plification de la méthode de fabrication du fil d'acier pour câbles.
Un câble métallique est soumis en général au cours de son exis- tence à des efforts variés. Ce fait est évident dans le cas de câ- bles qui passent sur des tambours et des poulies et qui subissent en conséquence des flexions répétées, mais cela est vrai également, dans une mesure plus ou moins grande, des câbles qui ont à suppor- ter des chocs aux extrémités, des vibrations latérales ou longitu- dinales ou qui sont attachés à des charges subissant des accéléra- tions et des ralentissements. Le fil de semblables càbles est sou- mis à des efforts alternatifs ou variables.
Le fil pour câbles est fabriqué avec des limites étroites de résistance à la t,raction, habituellement dans des limites de 1600kg. par centimètre carré, mais même si la résistance moyenne à la trac- tion est élevée, les limites de fatigue dans le cas d'effort alter- natif ou variable sont comparativement basses,inférieures à ¯ 3200kg.
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par centimètre carré sous des flexions répétées. Le fil est dé- fini par le procédé de fabrication de l'acier -basique, acide ou acide spécial- et par sa résistance à la traction. La résistance à la traction du fil dépend de la composition de l'acier à l'aide duquel il est fabriqué, composition dans laquelle la teneur en carbone est le facteur important sous ce rapport, et du degré d' étirage du fil, en particulier après le dernier recuit.
L'acier est fourni au tréfileur sous la forme de tiges d'en- viron 6 mm. de diamètre et un certain degré d'étirage consomme la plasticité de l'acier qui doit être recuit avant de pouvoir subir de nouveaux passages dans les filières.
La grande résistance à la traction du fil de càble est le ré- sultat de l'augmentation de résistance par étirage. rien que la résistance à la traction du fil soit augmentée par l'étirage, il n'y a pas d'amélioration correspondante de sa résistance s'il est soumis à des efforts variables ou se renver- sant .
On a montré plus haut que l'état de l'acier dans le fil à cà- ble n'est pas si différent de celui de l'acier initial ou recuit que peut le faire croire la considération de la seule résistance à la traction. La différence qui existe en réalité est le résul- tat du travail mécanique pendant l'étirage, et elle est accompa- gnée d'une grande limite d'élasticité et d'une grande résistance a la rupture du fil, calculées également sur une section réduite.
Il a été établi que la résistance à la fatigue d'un acier est en relation avec sa limite d'élasticité naturelle et non avec la li- mite d'élasticité éventuellement artificielle sous une tension simple. La limite naturelle d'élasticité de l'acier dans un fil n'est pas augmentée de façon appréciable par l'étirage, et la ré- sistance élastique à la traction, artificiellement élevée, peut être détruite par un traitement mécanique d'un genre différent, notamment par des efforts inverses qui, dans le cas d'un fil, peu- vent être appliqués par une flexion en sens inverse.
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La conclusion est que la résistance accrue à la traction d'un fil métallique n'est pas accompagnée d'une amélioration correspon- dante de la résistance aux efforts variables ou se renversant, par- ticulièrement à ces derniers. L'expérience a confirmé cette con- clusion et a montré que des fils ayant des résistances à la trac- tion telles que celles employées pour les càbles techniques se bri- sent après moins d'un million de flexions pour des efforts ne dé- passant pas + 3200kg. par centimètre carré, et qu'un fil de grande résistance à la traction est médiocrement supérieur, si même il l' est, à un fil de faible résistance ou même à un fil recuit.
Actuellement, le fil est étiré jusqu'à une résistance à la ,traction requise et l'on ne s'occupe pas de la résistance à la fa- tigue. On n'a pas observé antérieurement que même le travail mé- canique extrème subi par le fil de càble a peu d'effet 'sur sa ré- sistance à la fatigue. Les considérations qui précèdent indiquent le but de la présente invention qui est d'étendre la limite élas- tique naturelle du fil de càble pour augmenter la limite des efforts de sécurité dans le cas d'efforts variables ou se renversant.
Pour obtenir ce résultat, conformément à la présente invention, le fil reçoit un traitement thermique approprié,
Suivant le mode préféré de réalisation de la présente invention, la limite élastique du fil est augmentée par un chauffage à une tem- pérature allant de 780 à 900 C et par un refroidissement brusque, et en vue de conserver une certaine ductilité, par un réchauffage à une température plus basse, de 200 à 500 C, suivant la composition de l'acier employé et la valeur de la ductilité à recouvrer. La première opération est habituellement appelée une trempe et la se- conde un recuit. De semblables traitements sont connus dans leurs applications à du métal en masse -pièces de machine, éprouvettes d' essai, etc.- mais n'ont pas encore été appliqués à du fil métalli- que pour augmenter sa résistance à la fatigue.
Conne on ne laisse au fil qu'une minime ductilité, il doit être amené pratiquement à sa dimension finale avant d'être soumis au traitement thermique.
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Les propriétés du fil terminé dépendent de la composition de l'acier et de son traitement thermique. Pour plus de facilité, ce dernier sera appelé traitement thermique final, mais le fil peut être lé- gèrement étiré après ce traitement, dans un but particulier, en vue d'assurer par exemple la précision des dimensions et un fini conve- nable ou bien pour la galvanisation du fil étiré. Cet étirage final aura un effet négligeable sur la résistance à la fatigue.
Le fil perfectionné pour càble est établi avec une résistance élevée à la fatigue, ce qui est la considération principale, qui est nécessairement associée à une résistance élevée à la tension.
On a expliqué que l'inverse n'est pas vrai vu que le fil peut être étiré jusqu'à une résistance élevée à la traction, comme jusqu'à présent, alors que sa résistance à la fatigue est faible. Les limi- tes de fatigue améliorées sont obtenues par un traitement thermique final approprié d'un acier qui est choisi de façon à répondre à ce traitement. Un fil d'acier acide est nécessaire lorsqu'un cable doit passer sur des poulies ou des tambours comme dans les grues ou les ascenseurs, le fil basique étant absolument proscrit.
Les limi- tes de fatigue les plus élevées trouvées antérieurement pour un fil acide, les essais comprenant des fils de grand diamètre qui sont faits en acier à plus forte teneur en carbone et qui sont naturelle- ment plus solides, ont été inférieures à + 2900kg. par centimètre carré. Il est raisonnable de conclure par conséquent que le choix de l'acier et le traitement thermique proposés sont nécessaires si les limites de fa.tigue doivent être étendues au-delà de ¯ 3200kg. par centimètre carré sous des flexions répétées.
On dispose d'aciers variés qui contiennent des quantités dif- férentes de carbone, de manganèse, de nickel, de chrome et d'autres constituants ajoutés et qui permettent un choix considérable pour les matières dont on peut faire un fil ayant une résistance améliorée à la fatigue, la méthode de fabrication comportant un traitement thermique approprié après que le fil a été amené approximativement à sa dimension finale.
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Dans l'hypothèse de la subdivision usuelle des aciers en aciers au carbone ordinaires et en aciers spéciaux, un acier particulier de chaque groupe a été indiqué ici pour servir d'exemple concernant le choix et le traitement thermique pour la fabrication du fil.
1. Un acier à forte teneur en carbone, 0,8 - 1,2% de carbone, chauffé à 800 C, trempé, chauffé à nauveau à 460 C et refroidi à l'air.
2, Un alliage d'acier à teneur moyenne en carbone, par exemple 0,4% de carbone, 3)É oi e nickel, 0,2% de chrome, cha.uffé à 790 C, trempé dans l'huile, chauffé de nouveau à 200 C et refroidi 8 l'air.
Revendications.
1.- Un procédé de fabrication de f,il d'acier pour câbles métal- liques ayant une résistance élevée à la fatigue, caractérisé en ce que le fil est d'abord réduit à sa dimension finale ou à peu près à sa dimension finale par des procédés ordinaires d'étirage des fils métalliques et est ensuite soumis à un traitement thermique compre- nant une trempe et un recuit, ce qui augmente les limites de fati- gue de la matière.
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Improvements to metal wire cables.
The object of the present invention is to provide a metal cable manufactured by means of a steel wire having properties which make it especially suitable for responding to the stresses to which it is subjected during use, by a process. which allows a simplification of the manufacturing method of steel wire for cables.
A metallic cable is generally subjected during its existence to various forces. This fact is evident in the case of cables which pass over drums and pulleys and which consequently undergo repeated bending, but it is also true, to a greater or lesser extent, of cables which have to bear shocks at the ends, lateral or longitudinal vibrations or which are attached to loads undergoing acceleration and deceleration. The wire of similar cables is subjected to alternating or variable forces.
Cable wire is manufactured with tight limits of tensile strength, usually within limits of 1600kg. per square centimeter, but even if the average tensile strength is high, the fatigue limits in the case of alternating or variable stress are comparatively low, less than ¯ 3200kg.
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per square centimeter under repeated flexing. The wire is defined by the manufacturing process of the steel - basic, acid or special acid - and by its tensile strength. The tensile strength of the wire depends on the composition of the steel from which it is made, in which composition the carbon content is the important factor in this regard, and on the degree of draw of the wire, in particular. after the last annealing.
The steel is supplied to the wire drawing machine in the form of rods of approximately 6 mm. in diameter and a certain degree of drawing consumes the plasticity of the steel which must be annealed before it can undergo further passes through the dies.
The high tensile strength of the cable yarn is the result of the increase in draw resistance. just as the tensile strength of the yarn is increased by drawing, there is no corresponding improvement in its strength if it is subjected to varying or overturning forces.
It has been shown above that the condition of the steel in the cable wire is not so different from that of the initial or annealed steel as may be believed by consideration of the tensile strength alone. The difference which actually exists is the result of mechanical work during drawing, and it is accompanied by a high yield strength and a high tensile strength of the wire, also calculated on a section. scaled down.
It has been established that the fatigue strength of a steel is related to its natural elastic limit and not to the possibly artificial elastic limit under simple tension. The natural yield strength of steel in a wire is not appreciably increased by drawing, and the elastic tensile strength, artificially high, can be destroyed by mechanical treatment of such a kind. different, in particular by reverse forces which, in the case of a wire, can be applied by bending in the opposite direction.
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The conclusion is that the increased tensile strength of a metal wire is not accompanied by a corresponding improvement in resistance to varying or overturning forces, especially these. Experience has confirmed this conclusion and has shown that wires with tensile strengths such as those used for technical cables break after less than a million bends for forces not exceeding. not + 3200kg. per square centimeter, and that a high tensile strength wire is poorly superior, if at all, to low strength wire or even annealed wire.
Currently, the yarn is drawn to a required tensile strength and the fatigue strength is not taken care of. It has not previously been observed that even the extreme mechanical work undergone by the cable wire has little effect on its resistance to fatigue. The foregoing considerations indicate the object of the present invention, which is to extend the natural elastic limit of the cable wire to increase the limit of the safety forces in the case of variable or overturning forces.
To obtain this result, in accordance with the present invention, the wire receives an appropriate heat treatment,
According to the preferred embodiment of the present invention, the elastic limit of the yarn is increased by heating to a temperature ranging from 780 to 900 ° C. and by abrupt cooling, and in order to maintain a certain ductility, by reheating. at a lower temperature, from 200 to 500 C, depending on the composition of the steel used and the value of the ductility to be recovered. The first operation is usually called quenching and the second is annealing. Similar treatments are known in their applications to bulk metal - machine parts, test specimens, etc. - but have not yet been applied to metal wire to increase its resistance to fatigue.
As the wire is left with only minimal ductility, it must be brought to practically its final dimension before being subjected to the heat treatment.
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The properties of the finished wire depend on the composition of the steel and its heat treatment. For convenience, this will be referred to as the final heat treatment, but the wire may be stretched slightly after this treatment, for a particular purpose, for example to ensure dimensional accuracy and a suitable finish or else. for galvanizing the drawn wire. This final stretch will have a negligible effect on fatigue strength.
The improved cable wire is made with high fatigue strength, which is the main consideration, which is necessarily associated with high tensile strength.
It was explained that the reverse is not true as the wire can be drawn to high tensile strength, as heretofore, while its fatigue strength is low. The improved fatigue limits are obtained by a suitable final heat treatment of a steel which is chosen to respond to this treatment. An acid steel wire is necessary when a cable must pass over pulleys or drums as in cranes or elevators, basic wire being absolutely prohibited.
The highest fatigue limits previously found for acidic wire, tests including large diameter wires which are made of higher carbon steel and which are naturally stronger, were less than + 2900kg. . per square centimeter. It is reasonable to conclude therefore that the choice of steel and the proposed heat treatment are necessary if the stress limits are to be extended beyond ¯ 3200kg. per square centimeter under repeated flexing.
A variety of steels are available which contain different amounts of carbon, manganese, nickel, chromium and other added constituents and which allow a considerable choice of materials from which to make wire having improved resistance to heat. fatigue, the method of manufacture involving an appropriate heat treatment after the wire has been brought to approximately its final dimension.
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Under the assumption of the usual subdivision of steels into ordinary carbon steels and special steels, a particular steel of each group has been indicated here to serve as an example concerning the choice and the heat treatment for the manufacture of the wire.
1. A high carbon steel, 0.8 - 1.2% carbon, heated to 800 C, quenched, reheated to 460 C and air cooled.
2, A medium carbon steel alloy, for example 0.4% carbon, 3) E oi e nickel, 0.2% chromium, heat heated to 790 C, oil quenched, heated again to 200 C and cooled the air.
Claims.
1.- A method of manufacturing wire rope steel having high fatigue strength, characterized in that the wire is first reduced to its final dimension or about its final dimension by ordinary wire drawing processes and is then subjected to heat treatment including quenching and annealing, which increases the fatigue limits of the material.