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Rayon pour une roue à rayons et procédé de traitement permettant de réaliser un tel rayon
L'invention concerne un rayon pour une roue à rayons et notamment un rayon pour une roue de bicyclette ainsi qu'une roue comprenant au moins un tel rayon.
L'invention concerne également un procédé de traitement permettant de réaliser un tel rayon.
De façon usuelle un rayon pour une roue à rayons est réalisé en acier inoxydable, et par exemple un acier de type 302 selon la nonne AISI. Un tel acier contient 18% de chrome et 8% de nickel. D'autres types d'acier peuvent également convenir.
Un rayon comprend habituellement un corps effilé, une tête droite ou coudée à 90 degrés environ à une extrémité, une zone filetée à l'autre extrémité.
En règle générale, un rayon est réalisé à partir d'un fil d'acier inoxydable écroui. Le fil est tréfilé pour réduire son diamètre, puis il est rétreint dans sa partie centrale pour réduire encore le diamètre dans cette zone . Après mise à longueur la tête est formée par une opération de frappe, le cas échéant le rayon est coudé au niveau de la tête puis le filetage est réalisé, le plus souvent par une opération de roulage.
Il arrive qu'on réalise ensuite une opération de coloration du rayon, par exemple pour lui donner une couleur noire. Une telle couleur peut être obtenue à l'aide d'une peinture ou alors d'un traitement chimique de chromage. Toutefois de telles opérations sont coûteuses et le plus souvent elles reviennent plus cher que le prix du rayon lui-même.
On connaît également des traitements chimiques de l'acier inoxydable qui ont pour but d'améliorer sa résistance à la corrosion. Certains de ces traitements produisent une coloration de l'acier, notamment une coloration noire résultant d'une oxydation superficielle. Toutefois ces traitements consistent en des attaques chimiques agressives, leur mise en #uvre est très coûteuse. En outre la teinte obtenue n'est pas homogène et présente des reflets.
D'autres part, les propriétés remarquables d'un rayon sont sa résistance statique, c'est-à- dire sa résistance à la rupture sous une contrainte de traction, et sa résistance à la fatigue, c'est- à-dire sa capacité à supporter des cycles successifs de chargement en traction.
Une autre propriété remarquable est la limite élastique du rayon. Cette propriété est particulièrement importante à observer pour un rayon à tête coudée. En effet les efforts d'appui au niveau de la tête sont déportés par rapport au corps effilé du rayon. Ces efforts d'appui génèrent de ce fait dans le corps de rayon des contraintes de flexion qui peuvent dépasser la limite élastique du rayon dans la zone de la tête. Les contraintes dans cette zone dépendent principalement de l'angle du coude, de la forme du siège de la tête au moyeu, du mode de montage de la tête dans son siège et de la traction exercée sur le rayon. A cela s'ajoute également une contrainte de torsion générée par le serrage de l'écrou de rayon.
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En règle générale on considère que plus on améliore la résistance statique du rayon, plus on améliore sa résistance à la fatigue. Egalement, un rayon qui a une très bonne limite élastique a une moins bonne résistance à la fatigue dans de mauvaises conditions de montage.
De façon légitime on a recherché à améliorer les propriétés mécaniques du rayon.
Ainsi l'opération de rétreint mentionnée plus haut permet avantageusement d'améliorer la résistance à la rupture du rayon car le rayon aura été étiré au-delà de sa limite élastique et le diamètre dans la zone de rétreint aura été réduit.
Un but de l'invention est de proposer un rayon ayant un aspect coloré différent de sa couleur brillante d'origine dont le traitement de coloration est réalisé de façon plus simple et plus économique que les traitements actuels.
Un autre but est de proposer un rayon qui présente par ailleurs des propriétés mécaniques améliorées.
D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre.
Le rayon selon l'invention est en acier inoxydable et comprend un corps effilé et deux extrémités. Il est caractérisé par le fait qu'il présente une couche superficielle d'oxyde métallique colorée.
La roue à rayons est caractérisée par le fait qu'elle présente au moins un rayon en acier inoxydable ayant en surface une couche d'oxyde métallique colorée.
Le procédé de fabrication du rayon selon l'invention comprend les étapes de découpe d'un fil en acier inoxydable selon un segment de fil, de mise en forme des extrémités du segment.
Il est caractérisé par le fait qu'il comprend une étape intermédiaire de traitement thermique de revenu du fil ou du segment.
Selon une caractéristique secondaire, le procédé est caractérisé par le fait que le traitement thermique de revenu est réalisé sous une atmosphère oxydante.
L'invention sera mieux comprise en se référant à la description ci-dessous et aux dessins en annexe qui lui sont rattachés.
La figure 1 montre un rayon en vue de côté selon un mode non limitatif de mise en oeuvre de l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe schématique d'un rayon qui illustre un mode particulier de mise en oeuvre du procédé.
Le rayon 1 représenté en figure 1 est un rayon de type coudé. Il présente un corps effilé 2 longiligne et de section circulaire. A une extrémité le rayon 1 a une tête 3 précédée d'un coude 4. A son autre extrémité, le rayon présente une zone filetée 5 qui est prévue pour coopérer avec un écrou de rayon 9 traditionnel.
Dans sa partie centrale le corps effilé 2 est rétreint. Ce rétreint est délimité par deux zones de rétrécissement 6 et 7 qui encadrent la partie centrale 8 de diamètre réduit.
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De façon connue, le rayon 1 a été obtenu à partir d'une bobine de fil d'acier inoxydable, par exemple un acier de type 302 selon la norme AISI.
Le fil est tréfilé de façon à réduire son diamètre, puis il est étiré de façon à créer le rétreint de la partie centrale.
Ensuite il est mis à longueur, une extrémité subit une opération de frappe pour créer la tête 3. Le coude 4 est réalisé sous la tête. Et l'autre extrémité 5 est filetée par une opération de roulage.
Le rayon qui vient d'être décrit et ses différentes étapes de fabrication n'est pas limitatif pour l'invention. En effet l'invention s'applique à tout type de rayon en inox, notamment des rayons de type droit, c'est-à-dire avec la tête dans l'axe de la partie effilée, également des rayons à deux têtes ou des rayons avec deux zones filetées, une à chaque extrémité.
La zone de rétreint est facultative. A la place on pourrait avoir une zone aplatie ou profilée sur une grande partie de la longueur du corps effilé ou sur une distance réduite qui correspond par exemple à la zone de croisement de deux rayons sur la roue.
Egalement on pourrait utiliser d'autres matières qu'un acier inox de type 302.
Au niveau des étapes de réalisation du rayon des variantes sont également possibles.
Selon l'invention le rayon subit un traitement de coloration qui consiste en une oxydation superficielle.
Ainsi la figure 2 schématise en 10 la couche superficielle de métal qui se trouve oxydée.
On estime que cette couche a une épaisseur de l'ordre de 1 manomètre.
Cette couche est homogène et uniforme en coloration sur toute la surface du rayon y compris la zone filetée. De façon optionnelle cette opération est effectuée sur le rayon fini, une fois sa mise en forme réalisée. Toutefois ceci n'est pas limitatif, et l'on pourrait réaliser l'opération de coloration à tout moment du cycle de fabrication du rayon, notamment on pourrait la faire subir à la bobine de fil ou aux segments de fil après leur découpe et au cours des étapes de mise en forme.
De façon optionnelle, l'opération de coloration consiste en un traitement thermique de revenu.
Le revenu est réalisé à une température comprise entre 180 et 560 C. De préférence la température est comprise entre 300 et 425 C avec un optimum à 380 C.
Le temps du revenu est compris entre 0,5 et 3 heures.
L'opération de revenu est réalisée dans un four. Par exemple si elle est réalisée sur les rayons finis ou les segments de rayons, ces éléments sont disposés à plat dans des casiers grillagés qui sont superposés puis enfournés dans le four. D'autres modes opératoires peuvent être adoptés.
On a trouvé que ces plages de température et de temps amélioraient de façon significative les propriétés mécaniques du rayon.
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En outre, si le traitement de revenu est réalisé en atmosphère oxydante, et par exemple en atmosphère ambiante, il se forme à la surface du rayon la couche d'oxyde 10 mentionnée ci- dessus, et cette couche est colorée en fonction de la température de revenu adoptée.
On a observé un jaunissement du rayon pour une température de 180 C, et pour des températures supérieures on a successivement les teintes suivantes bronze, violet, bleu, gris, gris foncé. Pour une température supérieure à 600 C la couche d'oxyde prend une couleur noire. Toutefois à ces températures le revenu détériore les propriétés mécaniques du rayon au lieu de les améliorer. La teinte noire n'est pas une teinte que l'on peut obtenir dans de bonnes conditions par la mise en #uvre de l'invention. Il est préférable de chercher à obtenir une teinte distincte du noir.On a observé également que la teinte dépendait principalement de la température du traitement thermique, et pas ou peu de la durée.
Au lieu de l'air on pourrait utiliser un autre gaz ou mélange de gaz pour provoquer non seulement une réaction sur le fer mais aussi sur le chrome, le nickel et le cas échéant sur d'autres composants de l'acier inoxydable et obtenir ainsi avec le revenu d'autres nuances de coloration.
On réalise de cette façon un traitement de coloration particulièrement économique et en même temps un traitement de revenu qui améliore les propriétés mécaniques du rayon.
Le traitement thermique de revenu pourrait être réalisé sous atmosphère neutre, mais dans ce cas il n'y a pas de changement d'aspect extérieur du rayon.
Au lieu de réaliser le traitement thermique sur des rayons après leur mise en forme finale, on pourrait le réaliser entre deux étapes de mise en forme. Notamment on pourrait réaliser le traitement thermique sur la bobine de fil, ou encore sur les segments après leur découpe, avant les étapes de mise en forme ou entre deux étapes.
Pour un rayon standard il est usuel de lui associer un écrou de rayon. Un tel écrou est représenté en 9 dans les figures 1 et 2. Généralement ces écrous sont en laiton nickelé. On a observé qu'en soumettant les écrous au même traitement thermique de revenu que les rayons, on obtenait une coloration des écrous semblable à celle des rayons, mais sans changement de structure.
Selon une variante de mise en oeuvre de l'invention, on pourrait réaliser une coloration dont la couleur varie sur la longueur du rayon. En effet, en réalisant le traitement thermique avec un gradient de température sur la longueur du rayon on obtient un dégradé de teinte.
La roue réalisée conformément à l'invention comprend de façon connue une jante annulaire, un moyeu et des rayons de liaison de la jante au moyeu. La roue comprend au moins un rayon qui présente en surface une couche d'oxyde métallique colorée.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Elle s'applique également à toute construction de rayon en acier inoxydable.
Egalement on pourrait utiliser d'autres techniques de traitement thermique pour provoquer l'oxydation superficielle du rayon sans avoir recours à une attache chimique.