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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.