Rail, procédé de trempe de ce rail et machine pour la mise en aeuvre de ce procédé. On sait qu'en vue d'obtenir une plus grande résistance 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.
Mais les procédés connus de trempe du champignon du rail n'ont. pas donné de bons résultats, car, dans tous ces crocédés connus, la dureté maximum du champignon se trouve dans la partie médiane de la table de roule ment, c'est-à-dire dans une région où la du reté n'est pas précisément recherchée.
La présente invention a pour objet un rail trempé présentant une grande dureté sur les surfaces latérales et sur les congés supérieurs de son champignon, tout en ayant une résis tance au choc et une résilience comparables à celles d'un rail non traité.
Ce rail est re marquable en ce que les surfaces latérales et les congés supérieurs latéraux du champignon ont une structure martensitique correspon dant à une trempe très dure, et en ce que chacune des deux dites zones minces est rac cordée progressivement et en passant par des zones successives de structures intermédiaires, troostite, troostite-sorbite, sorbite et sorbite- perlite,
à un noyau central perlitique qui constitue la zone de raccordement à l'âme et les surfaces obliques d'appui des éclisses, tan- dis que la zone médiane de la table de roule ment comporte l'une des structures intermé diaires correspondant à une trempe douce.
L'invention a également pour objet un procédé de trempe de ce rail, remarquable en ce qu'il consiste à protéger la partie mé diane longitudinale de la table de roulement contre le fluide froid de trempe, de l'eau par exemple, de manière à diminuer dans cette région la vitesse critique de trempe.
Selon un mode d'exécution, au cours de la trempe, on applique contre la partie mé diane 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 pour la mise en oeuvre du procédé précité. Cette machine est remarquable en ce qu'elle comporte des moyens, permettant de réduire la vitesse critique de trempe dans la partie médiane longitudinale de la table de roulement du rail.
.Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple La fig. 1 est une coupe verticale du cham pignon d'tme forme d'exécution du rail sui vant l'invention.
La fig. 2 est un graphique montrant les duretés Brinell en surface et à une certaine distance (5 mm) de la surface dans le cas du rail suivant la fig. 1 et dans le cas de rails ordinaires à trempes martensitique et sorbiti- que.
La fig. 3 est une coupe verticale, à petite échelle, d'une forme d'exécution de la ma- chine de trempe suivant l'invention.
La fzg. 4 est une vue analogue après abaissement et renversement du bas de trempe.
La fig. 5 est une coupe verticale transver sale, partielle, à plus grande échelle.
La fig. 6 est une vue, en perspective, du bac de trempe avec son cache, monté sur la mes élastiques.
Suivant l'exemple d'exécution représenté à la fig. 1, le rail, dont le champignon seul est trempé, comporte sur ses faces latérales verticales cab et<I>lm,</I> ainsi que sur les congés supérieurs longitudinaux bcd et jkl et les bords<I>de</I> et ij de la table de roulement, c'est- à-dire dans les régions susceptibles de venir en contact avec les roues des véhicules circulant sur le rail,
une trempe à structure martensiti- que. Les deux zones .4 très dures correspondant à cette trempe sont reliées très progressivement à un noyau central D à structure perlitique qui comprend toute la région de raccorde ment à l'âme et les pentes ao et mn d'éclis- sage, par des zones successives dans lesquelles on trouve successivement de A vers D de la troostite mélangée de martensite, de la troos- tite seule, de la troostite-sorbite,
de la sor- bite, de la sorbite-perlite et, enfin, de la per- lite seule. Sur le dessin où il n'a pas été pos sible de représenter le passage insensible d'une structure à l'autre, les régions B repré sentent les zones à troostite-sorbite et les ré- gions C les zones à sorbite-perlite, mais, bien entendu,
le passage d'une structure à l'autre est très progressif, sans solution de conti- nuité. Il y a lieu de remarquer que les deux bandes ef et<I>hi</I> de la table de roulement ont une structure troostite-sorbite et que la bande médiane<I>f</I> gjz de cette table de roulement est à structure sorbitique.
A la fig. 2, la ligne Z représente les du retés Brinell de points abc <I>...</I> iklm du rail re présenté fig. 1, et la ligne<I>II</I> les duretés aux points tels que a'b'c' ... situés à cinq milli mètres de la surface. Comme on le voit, ces courbes présentent des maxima en E et E' pour les régions des congés bcd <I>et</I> jkl, con trairement aux courbes III, IV relatives à un rail trempé, connu, à structure entièrement.
martensitique ou aux courbes V et VI rela tives à un rail trempé, connu, à structure en tièrement sorbitique, rails pour lesquels les maxima. de dureté correspondent aux points g et g', c'est-à-dire à. la zone médiane de la table de roulement.
Comme on l'a déjà dit, le rail selon Fin- vention associe à tune grande dureté des sur faces latérales et des congés du champignon, ce qui leur permet de résister à l'usure due au frottement des mentonnets des 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 côté du champignon du rail qui subit le frottement des bandages sous une charge très élevée atteignant jusqu'à 60 kg/mm@ s'échauffe et se dilate, tandis que le côté op posé n'est pas soumis aux mêmes variations de température et, par conséquent, de Lon- gueur. Sous l'effet des dilatations et rétrécis sements successifs, la pellicule martensitique très fragile du milieu de la table de roule ment des rails à trempe entièrement marten- sitique,
soumise à des tensions alternatives, se fissure transversalement et s'écaille sous les efforts longitudinaux dus aux composantes de traction ou de freinage provenant des bandages. Au contraire, dans le rail suivant la fig. 1, la zone transitoire sorbitique <I>f</I> gh de la table de roulement., reliée par deux bandes à structure intermédiaire <I>e f</I> et jzi aux deux zones martensitiques,
peut résister parfaite ment à ces efforts.
Dans ce qui précède, on n'a rien précisé sur la nature de l'acier utilisé, c'est qu'en effet le rail peut être en acier Thomas ou en acier Martin de préférence dans une nuance ayant une résistance un peu. moins élevée que celle d'un rail normal (60 à 65 kg/mm=) au lieu de<B>70</B> kg/mm2 minimum). La composi- tion de l'acier utilisé peut varier dans de larges limites, pourvu qu'elle permette d'ob tenir par trempe les diverses zones susdé- crites.
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, calmé normalement au silico-aluininium, doit recevoir une addition (le titane dans le but de le débarrasser de tout l'oxygène et de l'azote liés par le titane qui contrarie, par ailleurs la ségrégation du soufre et. du phos phore et, de ce fait., diminue considérablement 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 g,' environ et celle du manganèse de 0,80 à 1%. Ces valeurs varient naturelle ment en fonction de la section du champi gnon du rail à tremper. Plus celle-ci est grande, plus il faut élever la teneur des cons tituants de trempe et vice versa.
La trempe du rail selon l'invention peut être obtenue de diverses manières, et, en par ticulier, comme décrit ci-après en utilisant la machine représentée aux fig. 3 à 6.
Selon cet exemple d'exécution, la machine comporte un bâti 1. Celui-ci porte, à sa par tie supérieure et de distance en distance, car sa longueur est supérieure à celle des rails R à traiter, des jeux de galets destinés à. por ter 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 maintenir le rail latéra lement, par contact. avec les faces latérales du patin du rail.
La machine comporte, comme connu en soi, des moyens pour entraîner longitudinale ment 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 ma- ehine, de distance en distance, des organes 4 destinés à venir prendre appui sous 1e patin du rail, pendant la trempe, pour éviter la déformation dudit rail. Ces organes 4 sont fixés, en position réglable, sur des leviers 5, montés oscillants autour d'un axe horizontal 6 porté par le bâti 1. Ils sont, commandés dans leurs oscillations, par exemple, par un arbre 7 portant. des plateaux excentrés attaquant par bielles 9 les leviers 5.
Le rail R étant, ainsi fixe, il importe d'amener jusqu'à son champignon l'eau 10 de trempe. Celle-ci est. contenue à la tempéra ture ambiante, par exemple 2011 C, dans un bac longitudinal 11, susceptible d'occuper deux positions l'une haute de trempe 11 (fi-. 3), l'autre basse lla (fi-. 4) de laquelle il peut d'ailleurs s'écarter par oscillation en 11b en vue de sa vidange.
Ce bac 11 est porté par un berceau 12 monté oscillant autour de tourillons 13 por tés par des paliers solidaires de supports ju melés 1.1, susceptibles d'être élevés ou abaissés à l'aide d'un arbre horizontal 7.5 portant, de distance en distance, des plateaux excentrés 16 attaquant lesdits supports 14. Quant aux oscillations du berceau 12 autour de ses tou rillons 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 un. dispositif de ce type à chaque extré mité du 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 rectangulaire, est. de préférence chanfreinée sur ses deux bords longitudinaux supérieurs en 21. Sa. na ture (métal tel que cuivre ou acier, fibre, Ba kélite, etc.) dépend des conditions de trempe et du résultat exact recherché. Elle repose, de distance en distance, sur des lames élasti ques 22 qui reposent elles-mêmes sur le fond de la cuve par l'intermédiaire de cales de ré glage 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 débouchent sous un tamis 26 percé de petits trous<B>27.</B>
L'installation de trempe comporte côte à côte plusieurs machines du type que l'on vient de décrire.
Le fonctionnement est le suivant La barre laminée quittant les cylindres de laminage à une température comprise entre 950 et 1000 C est tronçonnée 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 de vant 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 intro duit dans la machine à tremper cor respondante par le train de rouleaux placé à l'avant de la machine et amené ainsi au- dessus du bac de trempe qui est dans sa posi tion basse 11a (fig. 4) et alimenté en eau courante propre par le ou les conduits 25 et à 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 immobilise ce rail pendant la trempe, afin d'éviter toute déformation dudit rail.
Ces opérations terminées, on suit la chute de température du rail à tremper grâce à des pyromètres placés sur le côté de l'appa reil et visant un point situé sur le côté du champignon. Dès que la température de trempe, soit 800 C environ est atteinte, le bac de trempe est soulevé par l'intermédiaire de l'excentrique 16. La position du cache 20 grâce aux cales 23 et la course ascendante du bac sont réglées de manière que ce cache 20 vienne s'appliquer fortement contre 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 appli cation élastique du cache 20 contre le rail.
La profondeur de trempe étant fonction de l'épaisseur des cales 23, celles-ci sont ré glées de manière que l'eau qui remplit com plètement le bac n'atteigne pas les pentes d'éclissage ao, mn (fig. 1) du rail.
Pendant la trempe, le ou les conduits 25 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 50 à 80 litres par minute et par mètre courant.
Les jets 27 (fig. 5) d'eau froide sont dé- -,,-iés latéralement par le cache 20 de sorte que cette eau arrose les côtés du champignon où l'on recherche la structure martensitique, tan dis 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 est établie d'après un diagramme en fonction de l'analyse de l'acier à tremper. Elle varie de 40 à 60 se condes généralement. Dès que le temps néces saire à la trempe est écoulé, les opérations précédemment décrites se déroulent en sens inverse.
Le rail quittant la machine à tremper est immédiatement cambré, comme connu, de ma nière à ce qu'il soit à peu près droit après refroidissement complet, puis il est dressé à la machine automatique à galets.
Après chaque opération de trempe, le bac est basculé en 11u (fig. 4) à l'aide du dispo sitif 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 différents mé canismes sont centralisées sur une plate-forme placée au-dessus de la machine à tremper. L'installation peut comporter côte à côte plu sieurs machines; elle en comporte, de préfé- rence, 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 et représen tée au dessin donne toute satisfaction par sa simplicité et sa robustesse et permet. d'obtenir une grande régularité dans la trempe. Un pyromètre enregistreur permet, par ailleurs, de suivre chaque opération de trempe et d'éli miner éventuellement une barre trempée dans de mauvaises conditions.
Naturellement, l'invention n'est nullement limitée au mode d'exécution représenté et dé crit qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple. Elle peut. s'appliquer, par exemple, aux che mins de roulement de plaques tournantes, aux surfaces d'appui de ponts-roulants, etc. Le rail peut d'ailleurs être du type à. double cham- pignon et non du type à patins.