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ET PRODUITS EN RESULTANT.
La présente invention concerne la trempe du verre. Elle a pour objet un procédé avec lequel il est possible de régler l'état de compression de la zône de surface, tant au point de vue du taux de
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primée. De ce fait, oh obtient des objets en verre trempé possédant des propriétés qui distinguent ces objets de ceux réalisés jusqu'ici.
On sait en effet que les objets en verre trempé tirent leurs propriétés caractéristiques principales du fait que, dans ces objets, la surface est dans un état de compression. Mais on s'est con-tenté jusqu'ici d'obtenir cet état de compression de la surface
d'une manière uniquement qualitative, sans se préoccuper de régler
la profondeur de la couche en compression et de régler, en relation avec cette profondeur, la valeur de la compression maximum a la surface. Par ailleurs, on n'a pas davantage réglé le facteur tension que doivent présenter les couches internes pour donner lieu à l'état de compression que l'on veut introduire dans les couches externes. Au sujet de cette tension interne, il a seulement été in-diqué antérieurement d'éviter de superposer aux tensions internes permanentes des tensions temporaires susceptibles de provoquer la. rupture de l'objet,
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moyen de la trempe un article en verre dans lequel la surface se trouve dans un état de compression dont la valeur et la profondeur sont réglées pour satisfaire au genre de service auquel doit être soumis l'article.
Il convient de rappeler- ici que lors de la trempe des articles
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le point de recuit et le point de tension particulière du verre soumis à la trempe.-
Dans le présent mémoire le point de ramollissement est la condition dans laquelle le verre a une viscosité de 10 7 * 6 poises, le point de recuit est la condition dans laquelle le verre a une viscosité de 10<1><3>.4 poises et le point de tension est la condition dans
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les expressions température de ramollissement, température de recuit et température de tension, comme définissant la température à laquelle tout verre initialement recuit atteint les conditions de viscosité indiquées ci-dessus.
La température de tension peut être considérée comme celle audessous de laquelle on ne peut pratiquement plus modifier la position des molécules. Elle équivaut à ce qu'on appelle la limite inférieure de relâchement des tensions.
L'invention consiste à déterminer l'état de compression de la surface de l'article en réglant l'épaisseur de la zone intérieure mise sous tension. Conformément à l'invention, on règle cette épaisseur en'-effectuant le refroidissement de l'article,et cela. jusqu'à ce que finalement tous ses points aient atteint la température de tension,de la manière suivante: le taux initial du refroidissement est d'autant plus élevé que l'on désire avoir une zone de tension
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temps relativement court et on le fait suivre immédiatement d'un
refroidissement dont l'intensité est la plus forte possible, cette, intensité étant seulement limitée par la condition de ne pas entraî-
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ment initial très intense, on sera amené à faire suivre ce refroi-
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dissement allant on décroissant à partir du refroidissement initial.
Si, au contraire, on a en vue d'obtenir une zone de tension peu é-
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à l'objet un refroidissement initial relativement faible, on\sera amené à poursuivre le refroidissement par un refrfoidissement plus énergique, par exemple un refroidissement allant en croissant à partir de la valeur initiale.
Bien entendu, par intensité de refroidissement, on entend,non pas la température du milieu dans lequel on plonge 1'objet,mais bien la quantité de chaleur enlevée à l'objet par.unité de temps. En réglant, suivant l'invention, 1 '.épaisseur de la zone de tension à l'intérieur du verre, on règle non seulement la profondeur de la zone de compression, mais aussi la valeur de la compression à la sur face même de l'objet.
Et l'on pourra de toute façon clairement comprendre ce qui précède à l'aide du complément de mémoire qui suit, en référence aux fi gures du dessin annexé, qui sont des vues en coupe d'une feuille de
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sidérée dans l'épaisseur du verre.La ligne x, x' figure l'axe des tensions de valeur nulle, les ordonnées qui correspondent aux compressions étant portées vers la gauche et celles qui correspondent aux extensions vers la droite.
La figure 1 correspond à un verre parfaitement recuit, c'est à dire sans tension. La figure 2 concerne un verre trempé à la manière connue. La figure 3 correspond à un verre trempé conformément à la présente invention dans,lequel.- l'épaisseur de la zone en extension est très grande.
Enfin, la figure 4 est relative à une pièce en verre trempé conformément à l'invention dans laquelle on a donné une grande profondeur aux zônes externes comprimées.
D'une manière générale, la surface "A", comprise entre les courbes des états de compression et l'axe x, x', donne la mesure de l'ensemble des forces de compression dans le verre. De même, la surface "B", comprise entre les courbes des états de tension et l'axe x, x', donne la mesure des forces de tension.
Dans chaque cas, les forces de compression faisant équilibre
aux forces de tension, la surface "A" est égale à la surface "B".
Par rapport à la figure 2 correspondant au verre trempé ordinaire, la figure 3 se distingue en ce que l'épaisseur de la zône de ten-
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plus grande. Pour une même valeur de la tension maximum "t",la surface "B" a une plus grande surface dans la figure 3 que dans la figure 2, puisque sa base sur l'axe x, x' est plus grande. Il en résulte que la surface "A", (Sans la figure 3, a également une plus grande surface que dans la figure 2. Comme la ligne de contact avec x, x' est plus réduite dans la figure 3 que dans la figure 2, il en résulte que la surface "A", dans la figure 3, a une ordonnée maximum bien supérieure à ce qu'elle a dans la figure 2; d'où il résulte que l'augmentation de l'épaisseur de la zone de tension "B" a eu pour conséquence d'augmenter le taux de la compression "c" en surface.
Dans la figure 4, on a donné à la zône intérieure de tension "B" une épaisseur moindre que dans la figure 2.
Pour la même valeur maximum de la tension admise, la surface "B" est plus petite dans la figure 4 que dans la figure 2, puisque la ligne de contact de la surface "B" dans la figure 4 est plus petite que cette même ligne dans la figure 2. Il en résulte que la surface "A", égale comme on l'a dit à la surface "B", est elle-même plus petite dans la figure 4 que dans la figure 3. Comme la ligne de contact avec x, x' est plus grande dans la figure 4 que dans la figure 2, l'ordonnée, ou compression de surface, est plus petite
dans la figure 4 que dans la figure 2.
La figure 4 correspond donc à un cas dans lequel les couches en compression ont été approfondies au détriment de l'intensité de la compression, ce qui peut être intéressant pour certaines appli-cations dans lesquelles une profonde couche de compression de moin- ' dre intensité est préférable à une couche de grande intensité,mais mince. Ce cas est en particulier celui des objets dans lesquels une certaine usure de la surface est à craindre et qui par conséquent risqueraient de se rompre si, par l'usure, les couches en extension arrivaient à être mises à nu.
Pour réaliser une répartition des tensions conforme à l'invention, telle que la représente la figure 3, on sera amené à effectuer un refroidissement initial très rapide suivi, avant que le verre n'ait dans sa totalité atteint une température inférieure au point de tension, d'un refroidissement moins intense, afin de ne pas causer la rupture de l'objet, mais néanmoins aussi intense que possible, en évitant cette rupture. Par exemple, s'il s'agit d'une barre de 127 m/m x 50,8 m/m x 4,25 m/m, composée au moyen du verre décrit dans le brevet américain 1.304.623 de Sullivan et Taylor,on commencera par chauffer cette barre en la soumettant à une tempéra-
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température voisine de son point de ramollissement, puis on la refroidira de la manière suivante: pendant une période de 5 secondes, on projettera avec une grande vitesse un liquide sous forme de gout
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une action de refroidissement énergique tout en évitant la rupture de l'objet à sa surface, puis on plonge l'objet dans un bain liqui-
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sèment plus lent consécutif au refroidissement initial rapide. On retire l'objet au'bout de 2 minutes de séjour dans ce bain et on le laisse refroidir: soit simplement à l'air, soit autrement en usant des précautions nécessaires pour éviter d'introduire dans le verre, pendant son refroidissement à partir du point de tension, des efforts de tension temporaires qui, tout en n'ayant aucune influence sur la répartition des tensions définitives de l'objet, ne risquent pas moins d'amener la rupture avant que l'objet n'ait atteint, dans son ensemble, la température du local.
La barre de verre considérée présente, après son traitement,
<EMI ID=16.1> tension maximum "t" de 1,97 kilo par mm<2>, de sorte que le rapport entre la compression et la tension présente la valeur de 5,18 alors que, dans le verre trempé ordinaire, ce rapport reste de l'ordre de 2,5, comme le représente la figure 2.
L'invention permet donc de mettre à profit la faculté que présente le verre de résister beaucoup mieux aux efforts de compression qu'aux efforts d'extension et elle permet d'introduire à la surface du verre un taux de compression très élevé,tout en ne dépassant pas pour le taux d'extension maximum "t", la valeur relativement faible que peut supporter le verre.
Pour réaliser une répartition des tensions conforme à l'invention telle qu'elle est représentée à la figure 4, on sera amené à effectuer un refroidissement initial moins rapide que dans les procédés de trempe habituels, mais à faire suivre ce refroidissement, et avant que le verre n'ait pris, dans sa totalité, une température inférieure à celle du point de tension, d'un refroidissement plus énergique que le refroidissement initial et aussi énergique qu'il sera possible en se limitant simplement par la nécessité de ne pas rompre l'objet. Quand celui-ci, dans toutes ses parties, sera descendu audessous du point de tension, on pourra, à la manière connue, poursuivre le refroidissement avec la lenteur que l'on jugera nécessaire pour éviter de créer des tensions temporaires capables d'amener la rupture de l'objet. S'il s'agit, par exemple,d'une barre de 127 mm
x 50,8 mm x 4,25 mm, constituée par un verre ayant la composition "D" décrite dans le brevet américain 1.304.623 déjà mentionné, on commencera par chauffer la barre à une température de 800[deg.] pendant une période de 2 minutes. Pour refroidir la barre, on commence par la maintenir à l'air libre à la température ambiante pendant environ
10 secondes, ce qui constitue le refroidissement initial de faible intensité visé par l'invention.
On introduit ensuite cette barre, pendant une période de 3 secondes, dans un premier bain de trempe maintenu à 3300,constitué par un mélange eutectique de nitrite de sodium et de nitrate de potassium, puis on l'introduit dans un second bain de même composition que le premier, mais maintenu à seulement 160[deg.], et on l'y laisse environ 30 secondes, après quoi la barre peut être refroidie à l'air ou dans des conditions qui ralentissent <EMI ID=17.1>
Une; variante du mode d'exécution ci-dessus pour le même article de verre consistera à remplacer l'immersion dans le second bain -
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température du local, le temps de séjour dans ce bain étant également de 30 secondes, comme dans l'exemple précédent. Dans cette variante, on obtient un objet présentant une distribution des tensions semblable à celle indiquée dans la figure 4, mais dans laquelle le taux de compressionmmaximum est de 1,5 et le taux maximum d'exten-
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profonde que celle que l'on obtient avec le mode d'exécution précédent.
L'exécution d'une phase du refroidissement au moyen d'une succession de bains notamment liquides, telle qu'on vient de la décrire dans les deux derniers exemples cités, constitue une caractéristique de l'invention. Suivant cette caractéristique, on établit une série de deux ou plusieurs bains à des températures progressivement décroît santés. On peut de la sorte réaliser une action de refroidissement suivant toute loi que l'on désire et qu'il serait impossible de réaliser en employant les modes de trempe habituels, c'est à dire au moyen, d'un seul bain. Dans le refroidissement rapide qui doit faire suite au refroidissement initial du procédé selon la figure 4, l'uti lisation d'un seul bain conduirait à un refroidissement trop rapide si ce bain était à basse température, par exemple s'il était constitué par le mélange de nitrite de sodium et de nitrate de potassium
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Dans ce- cas, l'objet risquerait de se rompre. Par ailleurs, s'il était fait usage d'un seul bain constitué par exemple par un mélange de nitrite de sodium et de nitrate de potassium à 330[deg.], ce refroidis sèment,- après les trois premières secondes d'immersion, \; ne serait plus assez rapide pour réaliser un refroidissement conforme au procédé selon l'invention. Le refroidissement cherché s'obtient finale-
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les conditions de temps indiquées.
REVENDICATIONS.
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ner l'état de compression de la surface en réglant l'épaisseur de
la zône intérieure mise sous tension et à donner à cette zone intérieure mise sous tension une épaisseur d'autant plus forte que l'on
désire avoir un taux de compression élevé en surface.
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AND RESULTING PRODUCTS.
The present invention relates to the tempering of glass. Its object is a process with which it is possible to adjust the state of compression of the surface area, both from the point of view of the rate of
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award-winning. As a result, oh obtains tempered glass objects having properties which distinguish these objects from those produced so far.
It is in fact known that tempered glass articles derive their main characteristic properties from the fact that, in these articles, the surface is in a state of compression. But we have so far con-tried to obtain this state of compression of the surface
in a purely qualitative way, without worrying about
the depth of the layer in compression and to adjust, in relation to this depth, the value of the maximum compression at the surface. Furthermore, the tension factor that the inner layers must have in order to give rise to the state of compression that one wants to introduce into the outer layers has not been adjusted either. Concerning this internal tension, it has only been indicated previously to avoid superimposing on the permanent internal tensions temporary tensions likely to provoke the. rupture of the object,
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by tempering a glass article in which the surface is in a state of compression, the value and depth of which are adjusted to satisfy the kind of service to which the article is to be subjected.
It should be remembered- here that when tempering articles
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the annealing point and the particular stress point of the glass subjected to tempering.
In the present specification, the softening point is the condition where the glass has a viscosity of 10 7 * 6 poises, the annealing point is the condition where the glass has a viscosity of 10 <1> <3> .4 poises. and the point of tension is the condition in
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the expressions softening temperature, annealing temperature and tensile temperature, as defining the temperature at which any glass initially annealed reaches the viscosity conditions indicated above.
The tension temperature can be considered as that below which one can hardly modify the position of the molecules. It is equivalent to what is called the lower limit of tension release.
The invention consists in determining the state of compression of the surface of the article by adjusting the thickness of the interior tensioned zone. According to the invention, this thickness is adjusted by cooling the article, and that. until finally all its points have reached the voltage temperature, as follows: the initial rate of cooling is all the higher as one wishes to have a zone of tension
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relatively short time and is immediately followed by a
cooling the intensity of which is the strongest possible, this intensity being limited only by the condition of not involving
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initially very intense, we will have to follow this cooling
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dissement going on decreasing from the initial cooling.
If, on the contrary, we have in order to obtain a low voltage zone
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at the object a relatively small initial cooling, it will be necessary to continue cooling by a more vigorous cooling, for example a cooling increasing in size from the initial value.
Of course, by cooling intensity is meant, not the temperature of the medium in which the object is immersed, but the quantity of heat removed from the object per unit of time. By adjusting, according to the invention, 1 '. The thickness of the tension zone inside the lens, not only the depth of the compression zone is adjusted, but also the value of the compression on the face of the glass itself. 'object.
And in any case, it will be possible to clearly understand the above with the aid of the additional memory which follows, with reference to the figures of the appended drawing, which are sectional views of a sheet of
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Stunned in the thickness of the glass. The line x, x 'represents the axis of the tensions of zero value, the ordinates which correspond to the compressions being carried towards the left and those which correspond to the extensions towards the right.
FIG. 1 corresponds to a perfectly annealed glass, that is to say without tension. FIG. 2 relates to a glass tempered in the known manner. FIG. 3 corresponds to a tempered glass according to the present invention in which the thickness of the extended zone is very large.
Finally, FIG. 4 relates to a part made of tempered glass according to the invention in which a great depth has been given to the compressed external zones.
In general, the surface "A", between the curves of the states of compression and the axis x, x ', gives the measure of all the compressive forces in the glass. Likewise, the surface "B", included between the curves of the states of tension and the axis x, x ', gives the measure of the tension forces.
In each case, the compressive forces balancing
at tensile forces, area "A" is equal to area "B".
Compared to figure 2 corresponding to ordinary tempered glass, figure 3 is distinguished in that the thickness of the tensile zone
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bigger. For the same value of the maximum voltage "t", the surface "B" has a larger surface in figure 3 than in figure 2, since its base on the x, x 'axis is greater. As a result, the area "A", (Without figure 3, also has a larger area than in figure 2. As the contact line with x, x 'is smaller in figure 3 than in figure 2 , it follows that the surface "A", in figure 3, has a maximum ordinate much greater than it has in figure 2, hence the increase in the thickness of the zone of tension "B" had the consequence of increasing the rate of compression "c" at the surface.
In figure 4, the inner tension zone "B" has been given a thickness less than in figure 2.
For the same maximum value of the admitted voltage, the surface "B" is smaller in figure 4 than in figure 2, since the contact line of the surface "B" in figure 4 is smaller than this same line. in figure 2. It follows that the area "A", equal as we said to the area "B", is itself smaller in figure 4 than in figure 3. As the contact line with x, x 'is larger in figure 4 than in figure 2, the ordinate, or surface compression, is smaller
in figure 4 than in figure 2.
FIG. 4 therefore corresponds to a case in which the layers in compression have been deepened to the detriment of the intensity of the compression, which may be of interest for certain appli-cations in which a deep layer of compression of less intensity is better than a high intensity, but thin layer. This case is in particular that of articles in which a certain wear of the surface is to be feared and which consequently would risk breaking if, through wear, the layers in extension were to be exposed.
To achieve a distribution of the tensions in accordance with the invention, as shown in FIG. 3, it will be necessary to carry out a very rapid initial cooling followed, before the glass in its entirety has reached a temperature below the point of tension. , a less intense cooling, so as not to cause the rupture of the object, but nevertheless as intense as possible, avoiding this rupture. For example, if it is a bar of 127 m / mx 50.8 m / mx 4.25 m / m, composed by means of the glass described in US Pat. No. 1,304,623 to Sullivan and Taylor, we will begin by heating this bar by subjecting it to a temperature
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temperature close to its softening point, then it is cooled as follows: for a period of 5 seconds, a liquid will be projected with a high speed in the form of a drop
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an energetic cooling action while avoiding the rupture of the object on its surface, then the object is immersed in a liquid bath
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sow slower as a result of rapid initial cooling. The object is removed after 2 minutes of stay in this bath and left to cool: either simply in air, or otherwise, using the necessary precautions to avoid introducing into the glass, during its cooling from of the point of tension, temporary tension forces which, while having no influence on the distribution of the final tensions of the object, are no less likely to cause rupture before the object has reached, in as a whole, the room temperature.
The glass bar considered presents, after its treatment,
<EMI ID = 16.1> maximum tension "t" of 1.97 kilograms per mm <2>, so that the ratio between compression and tension has the value of 5.18 whereas in ordinary tempered glass this ratio remains of the order of 2.5, as shown in Figure 2.
The invention therefore makes it possible to take advantage of the ability of glass to resist compressive forces much better than to extension forces and it makes it possible to introduce a very high compression ratio to the surface of the glass, while at the same time not exceeding, for the maximum extension rate "t", the relatively low value that the glass can withstand.
In order to achieve a distribution of the tensions in accordance with the invention as shown in FIG. 4, it will be necessary to carry out an initial cooling which is slower than in the usual quenching processes, but to follow this cooling, and before the glass has not taken, in its entirety, a temperature lower than that of the point of tension, a cooling more energetic than the initial cooling and as energetic as it will be possible by limiting oneself simply by the need not to break the object. When the latter, in all its parts, will have fallen below the point of tension, it is possible, in the known manner, to continue the cooling with the slowness which one deems necessary to avoid creating temporary tensions capable of bringing the breaking the object. If it is, for example, a bar of 127 mm
x 50.8 mm x 4.25 mm, consisting of a glass having the composition "D" described in US Pat. No. 1,304,623 already mentioned, we will start by heating the bar to a temperature of 800 [deg.] for a period of time. 2 minutes. To cool the bar, we start by keeping it in the open air at room temperature for about
10 seconds, which constitutes the initial low intensity cooling targeted by the invention.
This bar is then introduced, for a period of 3 seconds, into a first quenching bath maintained at 3300, consisting of a eutectic mixture of sodium nitrite and potassium nitrate, then it is introduced into a second bath of the same composition. than the first, but kept at only 160 [deg.], and left there for about 30 seconds, after which the bar can be cooled in air or under slowing conditions <EMI ID = 17.1>
A; variant of the above embodiment for the same glass article will be to replace the immersion in the second bath -
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room temperature, the residence time in this bath also being 30 seconds, as in the previous example. In this variant, one obtains an object having a distribution of the tensions similar to that indicated in figure 4, but in which the maximum compression ratio is 1.5 and the maximum extension ratio.
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deep than that obtained with the previous mode of execution.
Carrying out a cooling phase by means of a succession of baths, in particular liquid baths, as has just been described in the last two examples cited, constitutes a characteristic of the invention. According to this characteristic, a series of two or more baths is established at gradually decreasing temperatures. In this way, it is possible to carry out a cooling action according to any law which is desired and which it would be impossible to carry out by using the usual quenching modes, that is to say by means of a single bath. In the rapid cooling which must follow the initial cooling of the process according to FIG. 4, the use of a single bath would lead to too rapid cooling if this bath were at low temperature, for example if it consisted of the mixture of sodium nitrite and potassium nitrate
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In this case, the object might break. Moreover, if a single bath was used, for example consisting of a mixture of sodium nitrite and potassium nitrate at 330 [deg.], This cooled sow, - after the first three seconds of immersion, \; would no longer be fast enough to achieve cooling in accordance with the process according to the invention. The desired cooling is obtained ultimately
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the time conditions indicated.
CLAIMS.
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determine the state of compression of the surface by adjusting the thickness of
the inner zone put under tension and to give this internal zone under tension a thickness which is all the greater as one
wishes to have a high compression ratio on the surface.