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Nouveau rail trompa, procédé et machine pour sa trempe.
On rait qu'en vue d'obtenir une plus grande résis- tanoe à l'usure des faces latérales du champignon des rails, notamment dans les portions courbes des voies ferrées, il est déjà. connu de tremper le champignon des rails, à l'exclusion de l'âme et du patin que la trempe rendrait trop fragiles. lais les procédés connus de trempe du ohampignon du rail n'ont pas donné de bons résultats car, dans tous ces procédés connus, la dureté maximum du champignon se trouve dans la partie médiane de la table de roulement, c'est-à-dire dans une région où la dureté n'est pas précisément recherchée.
Dans ces conditions, on en est réduit aux deux dilemmes sui- vants: ou bien l'on désire une structure martenaitique sur les faces latérales du champignon, notamment sur les congés latéraux supérieurs, et alors on a sur la table de roulement, la même structure martenistique et le rail est très fragile; il s'écaille et casse très souvent; ou bien, on désire conserver à la table de roulement une structure à troostite ou aorbite, moins fragile, mais alors les surfaces itérales n'ont pas la dureté désirée.
La présente invention a pour objet, à titre de produit industriel nouveau, un rail trempé présentent une grande dureté sur les surfaces latérales et sur les congés supérieure de non champignon, tout en ayant une résistance au choc et une rési-
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lianes oomparables à celles d'un rail non traité.
Ce rail est remarquable en ce que les surfaces latérales et les congés
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supérieurs latéraux du champignon ont une structure uarten- sitiquo correspondant â une trempe très dure, et chacune des deux zones minces ayant cette structure est raccordée progres- sivement et en passant par des zones-successives de structures
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interiaidiaires (troostite, troostite-sorbite, sorbite et sor- bite-perlite) à un noyau central perlitique qui constitue la zone de raccordement à l'âme et les surfaces obliques d'appui des tandis que la zone médiane de la table de roule- non% comporte l'une des structure* intermédiaires, de préférence
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aorbitiqus, correspondant à une trempe douce ou très douce.
L'invention a également pour objet un procède de trempe de ce rail, ou de toutes pièces similaires remarquables notam- ment ra ce qu'il consiste à protéger la partie médiane longitu- dinale de la table de roulement contre l'eau ou autre fluide froid de trempa, de manière à diminuer dans oette région la
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vite8a8 critique de trempe.
Selon un mode d'exécution, au cours de la trempe, on applique contre la partie médiane de la table de roulement un cache qui évite le contact de l'eau ou autre fluide de trempe avec ladite région médiane de la table de roulement.
L'invention a également pour objet une machine de trempe de rails ou pièces similaires par le procède précité. Cette machine est remarquable notamment en ce qu'elle comporte des moyens, cache ou autres, permettant de réduire la vitesse critique de trempe dans la partie médiane longitudinale de la table de roulement du rail.
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.au dessin annexé, donné uniquement z titre 4'exe.ple.
La fig. 1 est une coupe verticale du champignon d'un rail selon l'invention;
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La fig. 2 est un graphique montrant les duretés Brineh, en surface et à une certaine distance (5 @@) de la surface dans le cas d'un rail suivant l'invention et dans les cas con- nus de rails à trempes martenaitique et sorbitique;
La fig. 3 est une coupe verticale, à petite échelle, d'une machine de trempe, susceptible d'être utilisée pour la trempe du rail selon l'invention;
La fig. eet une vue analogue après abaissement et renversement du bac de trempe; La fig. 5 est une coupe verticale transversale, par- tielle, à plus grande échelle;
La fig. 6 est une vue, en perspective, du bac de trempe, avec son cache, monté sur lames élastiques.
Suivant l'exemple d'exécution représenté à la fige 1, le rail selon l'invention, dont le champignon seul est trempé,
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comporte sur ses faces laterales verticales ab et la ainsi que aur les oongés supérieurs longitudinaux !8téraüï bod et et les. borda de et ij de la table de roulement, aTest-à- dire dans les réglons susceptibles de venir en contact avec les roues des véhicules circulant sur le rail, une trempe à
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structure martenaitique.
Les deux zones à très dures corres- pondant à cette trempe sont reliées très progressivement à un @
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noyau central D à structure perlitique qui comprend toute la
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région de raccordement à l'âme et les pentes ao et ton d'iclie- sage, par des zones successives dans lesquelles on Trouve successivement de @ vers D de la troostite mélangée de marten-
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site, de la trooatite seule, de la troostite-norbite, de la .orbite, de la sorbite-perlite et enfin de la perlite seule.
Sur le dessin où il n'a pas été possible de représenter le passage insensible d'une structure à l'autre, lea régions B représentent les zones à troostite-sorbite et les régions C les zones à sorbite-perlite, mais bien entendu le passage d'une structure à l'autre est très progressif, sans solution de continuité. Il y a lieu de remarquer que les deux bandes ef et hi de la table de roulement ont une structure troostite-
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sorbite et que la bande médiane fgh de cette table de roule- ment est à structure 8orbitique,-r-anc à trempe douce.
@ la fig. 2, la ligne I représente les duretés Bri -
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nel?de points a,b,o.. ikla du rail selon l'invention et la ligne II les dnietis aux points tels que a?b'a?... situés à cinq millimètre* de la surface. Comme on 're7eoit, ces courbes présentent des maxima en E et E' pour les régions des congés bcd et jkl, contrairement aux courbes III, IY relatives à un
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rail trempe, connu, à structure entièrement nartensitique ou aux courbes V et VI relatives à un rail trenpé, connu, à atruc- ture entièrement sorbitique, rails pour lesquels les maxima de dureté correspondent aux pointa $ et µ? c'est-à-dire à la zone médiane de la table de roulement.
Comme on l'a déjà dit, le rail selon l'invention, associe à une grande dureté des surfaces latérales et des congés du champignon, ce qui leur permet de résister à l'usure due au frottement des mentonnets de* roues dans les courbes notamment, une grande résistance de la table de roulement qui ne risque pas de s'écailler comme c'est le cas avec les rails à trempe martensitique intégrale. En effet, le cote du ohampi- gnon du rail qui subit le frottement des bandages sous une charge très élevée atteignant ;jusqu'.. 60 kgs/mm s'échauffe et se dilate, tandis que le cote opposé n'est pas soumis aux mêmes variations de température et par conséquent de longueur.
Sous l'effet des dilatations et rétrécissements successifs,
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la pellicule marteneitiqne très fragile du milieu de la table de roulement des rails à trempe entièrement aartenaitique, soumise à des tensions alternative*, se fissure transversale- ment et s'écaille sous les efforts longitudinaux dûs aux com- posantes de traction ou de freinage provenant des bandages.
Au contraire, dans le rail suivant l'invention, la zone transi- toire sorbitique fgh de la table de roulement, reliée par deux bandes à structure intermédiaire ef et hi aux deux zones
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martensitiques, résiste parfaitement à. ces e?7orts.
Dans ce qui précède, on n'a rien précisé sur la nature de l'acier utilisé, c'est qu'on effet le rail peut
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être en acier Thomas ou en acier Eartin de préférence dans une nuance ayant une résistance un peu moing élevée que celle d'un rail normal (60 à 66 kgs/ma2 au lieu de 70 kge/#m2 mini- mua)1 La composition de l'aoier utilisé peut varier dans de larges limites., pourvu, qu'elle reste compatible avec l'obten- tion par trempe dea diverses zones suad6crites.
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Pour fixer les idées, dans le cas des aciers Thomas, pour obtenir une trempe correcte à l'eau se trouvant à la température ambiante (20 C par exemple) il est préférable que la teneur en carbone de l'acier soit comprise entre 0,40 et
0,42 %. De préférence, l'acier, calme normalement au silico- aluminium, doit recevoir une addition de titane dans le but de le débarrasser de tout l'oxygène et de l'azote liés par le titane qui contraria, par ailleurs, la ségrégation du soufre et du phosphore et, de ce fait, diminue considérable- ment la fragilité du rail au cours du cambrage et du dressage après trempe.
La teneur en titane métallique dans l'acier est, de préférence, de l'ordre de 0,07 à 0,09 %, celle du silicium de 0,10 à 0,15 % environ et celle du manganèse de 0,80 à 1%.
Ces valeurs varient naturellement en fonction de la section du champignon du rail à tremper. Plus celle-ci est grande, plus il faut élever la teneur des constituants de trempe et vioe- versa.
La trempe du rail selon 1'invention, peut être obtenue de diverses manières et, en particulier, comme décrit ci-après en utilisant la machine représentée aux figs. 3 à 6.
Selon cet exemple d'exécution, la machine comporte un bâti 1. Celui-ci porte, à sa partie supérieure et de distance en distance, car sa longueur est supérieure à celle des rails
R à traiter, des jeux de galets destinés à porter ce rail qui est disposé horizontalement, le champignon dirigé vers le bas.
Il est prévu des jeux de galets 2, à axes obliques, sur les- quels le rail R portera par les faces obliques de son patin et des jeux de galets 3, à axes verticaux, destinés à main- tenir le rail latéralement, par contact avec les face* laté- rales du patin du rail.
La machine comporte, comme connu en soi, des moyens pour entraîner longitudinalement le rail R avant et après trempe. Ces moyens, non représentés, consistent par exemple en des jeux de rouleaux ou galets rotatifs enserrant l'âme du rail.
Enfin, en ce qui concerne la tenue du rail, il est prévu à la partie supérieure de la machine, de distance en distance, des organes 4 destinés à venir prendre appui sous le patin du rail, pendant la trempe, pour éviter la déforma- tion dudit rail. Ces organes 4 sont fixés, en position réglable sur des leviers 5, montés oscillants autour d'un axe horizon- tal 6 porté par le bâti 1. Ils sont commandés dans leurs os- cillations par exemple par un arbre 7 portant des plateaux excentrés 8, attaquant par bielles 9 les leviers 6.
Le rail R étant ainsi fixé, il importe d'amener jus- qu'à son champignon, l'eau 10 de trempe. Celle-ci est contenue à la température ambiante, par exemple 20 C, dans un bac lon- gitudinal 11, susceptible d'occuper deux positions l'une haute de trempe 11 (fig. 3), l'autre basse 11a (fig. 4) de laquelle il peut d'ailleurs s'écarter par oscillation en llb en vue de sa vidange.
Ce bac 11 est porté par un berceau 12 monté oscillant autour de tourillons 13 portés par des paliers solidaires de supports jumelés 14, susceptibles d'être élevés ou abaissés à l'aide d'un arbre horizontal 16 portant, de distance en distance, des plateaux excentrés 16 attaquant lesdits supports
14. Quant aux oscillations du berceau 12 autour de ses touri- llons 13, elles sont assurées par exemple par un vérin 17 dont le piston attaque une crémaillère 18 en prise avec un pignon 19 solidaire du berceau 12; il est de préférence prévu
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un dispositif de ce type à chaque extrémitédu berceau.
A l'intérieur du bac 10, parallèlement à son axe longitudinal horizontal, est disposée une barre 20 destinée à former cache. Cette barre 20, de section carrée ou rectangu- laire, est de préférence chanfreinée sur ses deux borda lon- gitudinaux supérieurs en 21. Sa nature (métal tel que cuivre ou acier, fibre, bakélite, etc..) dépend des conditions de trempe et du résultat exact recherché. Elle repose, de dis- tanoe en distance sur des lames élastiques 22 qui reposent elles-mêmes aur le fond de la cuve par l'intermédiaire de cales de réglage 23, permettant de régler la distance exacte de la surface supérieure de ladite barre 20 par rapport aux bords supérieurs 24 du bac 10..
Ce bac comporte, enfin, une ou plusieurs arrivées
25, d'eau ou autre fluide de trempe. Ces arrivées 25 débou- chent sous un tamis 26 percé de petits trous 27.
L'installation de trempe comporte cote à cote plu- sieurs machines du type que l'on vient de décrire.
Le fonctionnement est le suivants
La barre laminée quittant les cylindres de laminage à une température comprise entre 950 et 1000*0, est tronçon- née à la scie à chaud aux longueurs voulues. Les rails, au nombre de deux ou trois, ainsi découpés, sont amenés par translation sur des glissières devant les machines à tremper.
Guidé par les galets à axes obliques 2 et à axes verticaux 3, chaque rail R placé avec le champignon vers le bas est introduit dans la machine à tremper correspondante par le train de rouleaux placé à l'avant de la machine et amené ainsi au-dessus du bac de trempe qui eat dans sa posi- tion basse 11* (fig. 4) et alimenté en eau courante propre par la ou lesconduits 25 et a travers le tamis 26 placé au centre et en-dessous du.cache 20
Lorsque le rail est arrivé au-dessus du bac il est bloqué par les leviers 5 et les pieds presseurs 4 ce qui im- mobilise ce rail pendant la trempe afin d'éviter toute défor- mation dudit rail.
Ces opérations terminées, on suit la chute de tem- pérature du rail à tremper grâce à des ardomètres placés sur le côté de l'appareil et visant un point aitué sur le coté du champignon. Des que la température de trempe, soit 800*0 en- viron, est atteinte, le bac de trempe est soulevé par l'inter- médiaire de l'excentrique 16. La position du cache 20 grâce aux cales 23 et la course ascendante du bas sont réglées de manière.que ce cache 20 vienne s'appliquer fortement con- tre le milieu de la table de roulement du champignon du rail, en ei (fig. 1). Les ressorts 22 entrent à ce moment en jeu afin d'assurer-une application.élastique du cache 20 contre le rail.
La profondeur de trempe est fonction de l'épaisseur des cales 23, celles-ci sont réglées de manière que l'eau qui remplit complètement le bac n'atteigne pas les pentes d'éclis- sage ao, nn (fig. 1) du rail.
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Pendant la trempele ou les conduits 26 distribuent l'eau régulièrement sur toute la longueur de l'appareil à tremper avec un débit qui est réglable suivant la masse du champignon à traiter, et qui est de l'ordre de 60 à 80 litres par minute et par mètre courant.
Lea jets 27 (fig. 5) d'eau froide sont déviés latéra- lement par le cache 20 de aorte que cette eau arrose les côtés du champignon où l'on recherche la structure martensi- tique,tandis que l'eau réchauffée par l'opération de trempe afflue vers l'axe du champignon où se trouvent formés au droit des chanfreins 21 du cache 20 des coussinets 28 de vapeur qui amortissent graduellement l'effet de trempe..
La durée de l'immersion eat établie d'après un diagramme en fonction de l'analyse de l'acier à tremper. Elle varie de
40 à 60 secondes généralement. Dès que le temps nécessaire à la trempe est écoulé, les opérations précédemment décrites se déroulent en sens inverse.
Le rail quittant la machine à tremper est immédiatement cambre, comme connu, de manière à ce qu'il soit à peu près droit après refroidissement complet, puis il est dresse à la machine automatique à galets.
Apres chaque opération de trempe, le bac est basculé en llb (fig. 4) à l'aide du dispositif décrit à roue dentée 19 et crémaillère 18 actionné par le vérin 14 afin d'éliminer les battitures tombées au fond dudit bac avec l'eau de trempe.
Toutes les commandes des différente mécanismes sont centralisées sur une plateforme placée au-dessus de la machine à tremper. L'installation peut comporter côte-à-côte plusieurs machines; elle en comporte, de préférence, une de plus qu'il n'y a de barres à tremper en parallèle afin de pouvoir parer, par une machine de réserve, à la défaillance de l'une d'elles au cours d'une fabrication.
La machine décrite ci-dessus donne tout satisfaction par sa simplicité et sa robustesse et permet d'obtenir une grande régularité dans la trempe. 'Un ardomètre enregistreur, permet, par ailleurs, de suivre chaque opération de trempe et d'éliminer éventuellement une barre trempée dans demau- vaisea conditions.
Naturellement l'invention n'est nullement limitée au mode d'exécution représenté et décrit qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple. Elle peut s'appliquer à des pièces analogues à des rails, par exemple aux chemins de roulement de plaques tournantes, aux surfaces d'appui de ponts-roulante, etc..toutes pièces comportant un champignon raccordé à un support quelcon- que qui peut être différent de l'âme et des patins du rail décrit à titre d'exemple. Le rail peut d'ailleurs être du type à double champignon et non du type à patins.
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