FR2521883A1 - Procede de dressage d'un rail de chemin de fer et rail de chemin de fer dresse - Google Patents

Abstract

PROCEDE DE DRESSAGE D'UN RAIL DE CHEMIN DE FER. IL CONSISTE A SOUMETTRE LE RAIL EN ACIER, DE FACON CONNUE EN SOI, A UNE CONTRAINTE DE TRACTION SUPERIEUR A LA LIMITE CONVENTIONNELLE D'ELASTICITE DE L'ACIER, JUSQU'A UNE VALEUR DE CONTRAINTE CORRESPONDANT A UNE DEFORMATION PLASTIQUE TOTALE DE L'ENSEMBLE DU RAIL.

Description

Procédé de dressage d'un rail de chemin de fer et

rail de chemin de fer dressé.

L'invention est relative au parachèvement des rails de chemin de fer et plus particulièrement à la relaxation des contraintes et au dressage des rails de nuances courantes, traités thermiquement,

ou extra-durs alliés.

Après laminage, le rail chaud, donc très sensible aux déformations, est exposé à toute une série de manutentionset d'opérations telles que transport sur des lignes de rouleaux, découpage et ripages, qui peuvent donner lieu à des déformations Le refroidissement est également une source de déformations importantes, malgré toutes les précautions pouvant être prises pour les minimiser ou les éviter Le refroidissement inégal des différentes parties du rail dont le profil n'est pas symétrique selon ses deux plans principaux fait que le rail sortant d'un refroidissoir présente un cintre plus ou moins accentué, qui dépend des conditions du refroidissement Les longueurs des fibres du champignon, de l'âme et du patin du rail sont inégales Quelles

que soient les précautions prises pour éviter ou mini-

miser le cintre dû au refroidissement, il est impossible,

en marche industrielle, d'obtenir à la sortie des refroi-

dissoirs 100 l% de rails suffisamment droits pour être livrés en l'état aux chemins de fer Le refroidissement du rail inévitablement inégal'à causedu profil non

symétrique du rail est, d'autre part, une source de con-

traintes résiduelles qui peuvent favoriser la propagation

de fissures lorsque le rail est posé en voie, principale-

ment avec des rails extra-durs utilisés sur des réseaux lourdement chargés (par exemple, voies minières ou réseaux

spécialisés dans le transport des pondéreux).

Les traitement thermiques éventuels des rails, appliqués sur tout ou une partie de leur profil,

avant leur passage sur les refroidissoirs, ou le refroi-

dissement contrôlé des rails en fosse, accentuent les risques de déformations et de contraintes résiduelles

importantes Lesspécifications les moins sévères appli-

cables à la fabrication des rails ne permettent plus

de les livrer en leur état de rectitude à la sortie des re-

froidissoirs Il est indispensable de les dresser Dans tout procédé de dressage, il est nécessaire de soumettre le métal à dresser à une contrainte supérieure à la limite élastique, de manière à le traiter dans le domaine

plastique, tout au moins localement.

On a utilisé et l'on utilise encore, selon l'état de la technique, deux types de dresseuses Le plus ancien est une presse à cales dans laquelle une portion à dresser du rail est positionnée sur des enclumes Un piston de presse, à course verticale, sur lequel est fixée une cale adaptable aux dimensions du rail à dresser, déforme par pression la portion du rail, pour lui donner une courbure inverse Des enclumes et des pistons, placés latéralement permettent, selon le même principe, de dresser le rail latéralement L'opérateur de la presse détecte visuellement les parties de rail à dresser et contrôle

avec une règle, après chaque coup de presse, la recti-

tude obtenue Ce procédé de dressage, qui exige un opé-

rateur expérimenté, procédant par coups de presse multiples sur des portions de rail, est brutal et ao teux Le résultat obtenu ne répond plus aux exigences des

réseaux ferrés modernes.

En général, il n'est plus utilisé aujourd-

hui qu'en complément du dressage par machine à galets constituant le deuxième type des machines à dresser Ces machines dressent le rail dans un ou deux plans d'inertie de ce dernier et comportent généralement un nombre de

galets compris entre 5 et 9 Le rail y est soumis alter-

nativement à des déformations de flexion en sens opposés.

Les galets supérieurs, moteurs, entraînent le rail et lui font subir, avec les galets inférieurs non moteurs, des déformations en sens inverse Dans le triangle formé par les trois premiers galets, on imprime au rail une

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déformation à priori, indépendamment de la déformation d'origine à corriger du rail Dans le second triangle formé par le deuxième, troisième et quatrième galet, on imprime au rail une deformation, inverse de la premières Le cinquième galet et les suivants ont pour rôle, par des déformations alternées appropriées, de rendre le rail droit Les extrémités du rail ne sont pas dressées sur une certaine longueur qui correspond à lentraxe des galets Ces extrémités doivent ensuite être dressées par une presse à cales Le procédé de dressage par galets met successivement certaines fibres du métal en tension et en compression A la sortie de la dresseuse a galets, l'âme du rail est en compression longitudinale élastique alors que le champignon et le patin sont en traction longitudinale élastique Ces tensions internes sont

dues au dressage par galets Indépendamment de l'état ini-

tial de rectitude des rails à la sortie du refroidissoir, tous les rails subissent dans les dresseuses à galets des déformations importantes, conduisant aux inconvénients suivants: raccourcissement sensible du rail, réduction sur la hauteur du profil du rail accroissement de la largeur du champignon et du patin du rail différence systématique des dimensions du rail, entre les extrémités non travaillées par les galets et le corps du rail travaillé,

nécessité fréquente de terminer le dressage des extré-

mités sur une presse à cales qui engendre wue légère polygonisation des extrémités, d'o l'impossibilité d'obtenir une parfaite continuité de rectitude avec le corps du rail,

génération systématique, dans tous les rails, de con-

traintes qui peuvent favoriser la propagation de fissures, risque de formation de -fissurations fragiles dans les raccords de l'âme avec le patin ou le champignon Ces fissurations étant internes, donc invisibles a l'oeil constituent un risque potentiel d'accident très grave,

risques de création sur le champignon des rails d'on-

dulations sinusoïdales d'amplitudes plus ou moins importantes dues aux excentricités difficilement évitables des galets, ondulations qui peuvent engendrer des désordres plus ou moins graves en voie dès que la

vitesse de circulation est importante.

Les procédés de dressage à galets complé-

tés, le cas échéant par ceux à cales ne permettent de

satisfaire les normes actuelles applicables à la fabri-

cation des rails qu'au prix de soins minutieux et coû-

teux La norme UIC 860, par exemple, prescrit, en matière de rectitude, une flèche maximale de 0,7 mm sur 1,5 m pour les extrémités des rails, la rectitude étant jugée à l'oeil pour le corps de barre Pour les rails destinés aux voies du train à grande vitesse (T G V), sur lesquelles les trains circuleront à une vitesse commerciale de 260 km/h (voies sur lesquelles une vitesse de 380 km/h a été atteinte) les spécifications de la norme

UIC 860 sont complétées par les spécifications supplé-

mentaires suivantes: cintre maximal de 40 mm de flèche pour des longueurs de rails de 18 m et de 160 mm pour les rails de 36 m, amplitude verticale des ondulations de la table de roulement inférieure à 0,3 minm, amplitude horizontale des ondulations transversales du champignon inférieure à 0,5 mm, alignement des extrémités avec le corps de barre, dans le sens vertical, défini par une flèche maximale de 0,3 mm mesurée avec ule règle de 3 m reposant

sur la table de roulement depuis les extrémités.

La satisfaction de ces lnormes supplé-

mentaires, qui oblige à exploiter les dresseuses à galets et presses à cales à la limite de leurs possiblités,

accroit le coût des opérations de dressage.

On a également proposé de réaliser par traction le dressage de métaux profilés quelconques (voir brevet français 573 675 du 23 février 1923) Selon ce procédé connu, on dresse un profilé quelconque plus ou moins déformé en l'étirant de façon à allonger régulièrement ses fibres jusqu'à ce que la limite

d'élasticité du métal soit atteinte ou même dépassée.

On sait aussi que l'étirage d'un métal augmentesa dureté tout en abaissant par des déformations importantes lors de

I' étirage les caractéristiques de ductilité et de -

résilience Or, c'est notamment la ténacité qui importe pour un rail C'est probablement la raison essentielle,

qui jusqu'à présent, a empêché l'Homme de l'Art d'appli-

quer le processus de traction au dressage des rails.

Pour des raisons économiques, on emploie de plus en plus des raib en acier dur qui est assez fragile en raison de son analyse chargée en éléments durcissant dont notamment le carbone Il a été constaté que dans ce genre de rail, les vitesses de propagation des fissures de fatigue sont assez élevées On sait que des phénomènes de fatigue peuvent se développer lorsque les contraintes résiduelles atteignent un niveau élevé Il ressort du tableau suivant que pour les rails dressés par galets, les contraintes ou tensions internes atteignent les niveaux suivants: Type d'acier charge de rupture contrainte interne acier nuance courante de vic 700 à 900 N/mm 2 l OON/mm 2 acier UIC natu 2 2 rellement dur 900 à 1000 N/m B 20 ON/mm 2 acier extra-dur 1100 à 1200 N/mm 300 N/mm L'invention qui se propose de supprimer les inconvénients de procédés de dressage des rails de l'état de la technique et d'éviter d'avoir recours, de façon importante, a un dressage complémentaire par presse à cale, a pour but: L'obtention de rails exempts de cintre, d'assurer une continuité dans la rectitude entre les extrémités et le corps du rail, par la suppression de toute polygonisation des extrémités, de garantir l'absence d'ondulations Périodiques de la table de roulement, de supprimer les risques de fissuration fragile dans les congés de raccordement de l'âme avec le patin et le champignon, de ne pas créer de tensions internes néfastes lors de l'opération de dressage, de diminuer les tensions internes introduites dans le rail par les opérations avant le dressage (traitements

thermiques, refroidissement).

Pour atteindre ces buts, l'invention pro-

pose de soumettre le rail en acier de façon connue en soi à une contrainte de traction supérieure à la limite élastique

de l'acier, jusqu'à une valeur de contrainte correspon-

dant à une déformation plastique totale de l'ensemble

du rail.

Grâce à cette déformation entièrement

plastique du rail par traction, on ne crée pas de con-

traintes résiduelles par l'opération de dressage et on ré-

duit les contraintes résiduelles préexistantes.

Pour les qualités et nuances connues d'acier traité thermiquement ou non, il s'est avéré que l'on obtient des valeurs de contraintes résiduelles longitudinales inférieures à + 100 N/mmn pour des nuances d'acier à rail de résistance R > 1000 N/mm et inférieures à + 50 N/mm pour les nuances d'acier à rail de résistance Rm < 1000 N/mmn dès que la déformation plastique par traction du rail correspond à un allongement résiduel

de l'ordre de 0,27 %.

Autrement dit, un allongement résiduel du rail de 0,3 % après relâche des efforts de traction garantit les résultats ci-dessus énoncés L'abaissement des contraintes résiduelles internes du rail à de faibles valeurs augmente la ténacité et la tenue en fatigue du rail En effet, lorsque le rail est posé en voie, il est sollicité en outre par les contraintes liées

aux longues barres soudées et par celles dues au trafic.

Tant que la combinaison de ces contraintes ne dépasse

pas la limite d'endurance d'éventuelles amorces pré-

existantes sur le rail ne conduisent pas à sa rupture, d'o l'intérêt d'avoir des rails avec des contraintes

internes résiduelles aussi faibles que possibles.

Il a été constaté que les contraintes résiduelles ne peuvent pas être diminuées davantage de façon notable dès que l'ensemble de la matière

constitutive du rail a subi une plastification totale.

Ainsi, il n'est pas nécessaire de soumettre le rail à des efforts de traction correspondant à des valeurs

d'allongement résiduel supérieures à 1,5 %.

L'invention vise aussi tous les rails dressés caractérisés par des valeurs de contraintes internes résiduelles inférieures à + 100 N/mm 2 pour des nuances d'acier à rail d'une résistance Rm l OOON/mm et inférieures à + 50 N/mm 2 pour les nuances d'acier à rail d'une résistance RMW 1000 N/mm Les caractéristiques et avantages de

l'invention ressortiront de la description ci-après

des réalisations préférentielles La description est

faite avec référence aux dessins annexés pour lesquels la figure 1 représente la section d'un rail avec indication de ses parties constitutives, de son plan

neutre XX' et de son plan vertical de symétrie YY', -

figure 2 a est une vue en perspective d'un rail sortant du refroidissoir, figure 2 b est une vue de côté du même rail,

figure 3 est un diagramme effort-

déformation de l'acier, montrant la courbe des contraintes obtenues en fonction des allongements exercés,

figure 4 représente, pour un rail sor-

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tant du refroidissoir, un schéma de la réduction des contraintes résiduelles dans les différentes parties constitutives du rail en fonction du taux d'allonge ment résidue 1 E. figure 5: représente dans sa partie supérieure encadrée un coupon de rail entaillé par un trait de scie sur une longueur L utilisé pour un test de vérification de la présence ou non de contraintes internes, et dans son ensemble, un diagramme montrant les résultats de la comparaison empirique de l'état des contraintes résiduelles par sciage de l'âme et déviation du champignon, pour des abouts de rails non dressés, dressés par machines à galets et dressés selon l'invention. figures 6 a et 6 b montrent chacune le plan de rupture d'un rail naturellement dur B de 1 'UIC dressé par galet selon l'état de l'art (figure 6 a) et d Vun rail de même nuance dressé selon l'invention, (figure 6 b) la figure 6 b montrant que la fissure de fatigue avant rupture du rail dressé par traction est plus grande que celle du

rail dressé par galets qui présente un caractère de fra-

gilité nettement plus accentué, figure 7 représente les courbes 11 et 12 de *fissuration comparées de la propagation de la fissure lors du test de flexion alternée pratiqué sur des rails de nuance extra-dure alliée (UIC naturellement dur, Rm < 1100 N/mm) On y voit que la tenue en fatigue du rail dressé par traction (courbe 12) est supérieure à

celle du rail (courbe 11) dressé par galets.

les figures 8 a 8 b 8 c 8 d montrent des surfaces de rupture de quatre échantillons d'un rail extra-dur allié (RM>/ 1080 N/mm 2) respectivement dressé par galets, dressé par traction,non dressé (brut de refroidissoir), et dressé par galets et ensuite dressé par

traction On y voit que le procédé de traction de l'inven-

tion enlève toute trace de fragilité aux fissures.

la figure 9 montre les courbes de fissurations'

des échantillons de rail des figures 8 a, 8 b, 8 c et 8 d.

Un rail 1 sortant d'un refroidissoir se

présente sous forme d'une courbe gauche (figures 2 a et b).

Les longueurs des fibres constitutives du champignon 2, de l'âme 3 et du patin 4 du rail 1, soit respectivement des fibres CC', AA' et PP', sont donc inégales L'invention a pour principe de soumettre le rail à un effort de traction à chacune des ses extrémités, qui amène toutes les fibres, sous l'effet d'une contrainte sigma (e, supérieure à la limite conventionnelle d'élasticité à 0,2 % désignée par Rp 0,2 (figure 3), à prendre la même longueur dans le

domaine entièrement plastique de l'acier à rail considéré.

Le taux d'allongement nécessaire pour cette opération doit être supérieur pour la fibre la moins tendue au taux

d'allongement correspondant au coude de début de plasti-

fication de l'acier On applique donc au rail à dresser un effort de traction supérieur à la limite d'élasticité de façon à obtenir, après relâchement de l'effort, un

allongement permanent d'au moins 0,27 % Ce faible allonge-

ment résiduel permet d'obtenir des rails droits, en

endommageant moins le matériau qu'en dressage par galets.

Le cintre sur les rails n'étant pas toujours régulier sur toute la longueur de certaines barres, on peut rencontrer localement des rayons de courbure plus petits que le rayon de courbure global Un allongement résiduel de l'ordre de quelques dixièmes de pourcent permet d'effacer les plis les plus courts et, a fortiori, les plis plus longs L'existence de tensions ou contraintes internes de refroidissement implique des inégalités de longueurs

de fibres, dans le rail Le dressage du rail par allonge-

ment plastique de toutes les fibres et par allongement plastique préférentiel des fibres les plus courtes conduit à une relaxation des contraintes résiduelles internes de l'acier La figure 4 montre un exemple de l'évolution des contraintes longitudinales résiduelles en fonction du taux d'allongement résiduel pour un rail de nuance

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courante Le diagramme de la figure 4 montre en abscisse l'allongement résiduel et en ordonnée la contrainte résiduelle longitudinale -( pour la compression, + pour la tension) en N/mm La courbe 5 représente la contrainte résiduelle du patin et la courbe 6 celle du champignon du rail On constate que les contraintes résiduelles restent constantes et élevées tant que les efforts de traction appliqués au rail se situent dans le domaine élastique de l'acier (valeure-v 0,85 %) et que ces contraintes résiduelles diminuent régulièrement au delà du domaine élastique pour atteindre des valeurs minimales constantes à partir d'un allongement résiduel de l'ordre

de 0,27 %.

On comprendra aisément que le domaine

d'allongement r 6 siduel compris entre la limite convention-

nelle d'élasticité ( 6 = 0,2 %) et les valeurs minimales de contraintes résiduelles (ici O j 10 N/mm 2 pour E 0,27 %) est un domaine d'incertitude et est donc à éviter et qu'à partir de l'obtention des valeurs de contrainte résiduelle minimale (à partir de_ C 0,27 % ou 0,3 %) une augmentation de l'allongement résiduel n'apporte plus aucuneamélioration sensible à cet égard, si ce n'est par augmentation de la limite élastique par effet d'écrouissage, élévation de limite élastique qui peut être conduite à volonté: par exemple pour une nuance naturellement dure A de 1 'UIC ou pour une nuance AREA, l'élévation de la limite élastique est de l'ordre de

N/mm 2 pour 1 % d'allongement résiduel supplémentaire.

Autrement dit, un taux d'allongement résiduel de 0,3 % suffit dans ce cas à effacer les contraintes résiduelles ou à les réduire dans un rapport de l'ordre de 10 à 1 Les mesures obtenues par la méthode dite de découpe confirmée par les méthodes dites du trou etdu trépan, des contraintes résiduelles de rails désignés par les références 0,73 D 09, 236 D 23 et 150 C 13 tractionnés par le procédé de l'invention, et celles des rails désignés par les références 073 B 10, 236 D 23 il 2521883 et 150 C 13, immédiatement voisins en fabrication, issus de la même coulée et ayant séjourné sur le refroidissoir dans le voisinage immédiat des premiers et dressés à l'aide

de machines à galets de l'état de l'art, sont données ci-

après dans les tableaux I à III:

TABLEAU I

Dressage galets Dressage traction à 0,7 % r 6 siduel Rail 073 B 10 Rail 073 D 09 Q-maxi en compression N/mm 2 -7 j'maxi en t r a ction N/mim 2 Et endue t ot aie Crmaxi en compression N/mm 2 C Ymaxi en traction N/mm 2 Et. endue t ot aie

des con-

trintes Contrainte prin' i cipale :1sens 260 + 230 490 + 4 o + I longitudinal _______ Contrainte I 1 principale Osens 200 + 50 250 10 + 30 I 'Io vertical w n Co Co 5

TABLEAU Il

4 ôma xi en cern-

pr es -

s ion N/mm 2 Dressage galet Dressage traction 3 % Dressage traction 0,5 % Rai 11 236 D 23 Rail 236 D 23 Rail 236 D 23 o maxi en trac- t i o N/mm 2 Etendue t ot aie esmaxi en c om-

pr es -

sion N/mmi 2 n-maxi en trac- t ion N/mm 2 Eten- due t ot aie Cr maxi en

cerni-

pr es -

s ion

N/MM 2

Crmaxi en trac- t ion N/mm 2 Etendue totale des c on- traiiites Contrainte principale jiongitu 140 + 240 380 20 + 45 65 -10 + 30 'Io dinale Contrainte verticale 150 + 30 180 -40 10 50 -10 + 20 30 t',) Co Go

TABLEAU III

Dressage galets J Dressage traction à 1 % résiduel Rail 150 C 13 I Rail 150 C 13 7 maxi e Cr maxi an

compres-

s ion N/mm 2 ' traction

N/nim 2.

Etendue totale c maxi en

compres-

Sion N/mm 2 O' maxi en traction N/mm 2 Etendue totale des

c on -

traintes Contrainte principale odans 143 + 282 425 21 + 10 31 le sens longitudinal Contrainte principale-27 + 83 a'2 dans 89 + 26 115 -7 + 83 le sens vertical _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ ____ _____ _____ i ___ _____ _____ _____ ___ _ _____ _____ _____ ____ _____ _____ _____ _____ _____ _____ __ __ _____ _____ _____ ____ w Co Co L> 1

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En résumé, il apparaît que pour un taux d'allongement résiduel de 0,3 à 1, 0 %, le niveau des contraintes résiduelles est au moins de 5 à 10 fois plus faible avec le procédé de dressage par traction qu'avec le procédé de dressage par galets et que la dispersion des valeurs de contraintes résiduelles mesurées en procédé par traction est 5 fois plus faible qu'en procédé de

dressage par galets.

Ces résultats expérimentaux ont pu être vérifiés par des mesures de contraintes faites suivant des méthodes différentes par des Laboratoires différents

(SACILOR, IRSID).

La relaxation des contraintes internes ré-

siduelles est telle que les laboratoires ne voient pas de différences significatives entre le niveau decontraintes des rails dressés par traction et le niveau des contraintes des matériaux détentionnés servant de référence dans l'étalonnage des jauges d'extensométrie Par exemple,

en procédé par galets on trouve des contraintes de com-

pression assez fortes tant dans le sens longitudinal que dans le sens vertical dans l'âme et dans les congés, ces contraintes étant équilibrées, tout particulièrement dans le sens longitudinal, par de fortes contraintes de traction au champignon et au patin Ee procédé de dressage par traction, les contraintes résiduelles

sont très nettement plus faibles et beaucoup plus uni-

formes On doit faire remarquer que les valeurs de contraintes mesurées par la méthode de découpe (méthode dite de YASOJIMA et MACHII ( 1965) utilisée, entre autres, par l'OFFICE de RECHERCHE et D'ESSAIS de L'UIC dans son étude C 53 "Contraintes résiduelles dans les rails") sont confirmées de manière satisfaisante

par les méthodes dites du trou et du trépan Une vérifica-

tion empirique de la relaxation des contraintes internes due au dressage par traction a été faite à l'aide d'un test qui consiste à séparer le champignon du reste du profil et à mesurer sa déviation f à l'about au fur et à mesure de l'avancée L du trait de scie (schéma

encadré à la partie supérieure de la figure 5) Les ré-

sultats de ce test appliqué à un rail UIC 60 NDB sont représentés sur le diagramme de la figure 5, dont l'ab- cisse indique la longueur L en mm du trait scié et dont l'ordonnée montre l'écartement ou la déviation f en mm du champignon scié par rapport au reste du tronçon de

rail à I'about de celui-ci.

La courbe 7 montre qu'un rail UIC 60 NDB dressé par galets présente un écartement f du champignon de 2 mm pour une longueur sciée L de 500 mm et la courbe 8 présente l'écartement f qui varie, pour un même rail non dressé entre O et 8/10 e de mm Les courbes 9 et 10 montrent que des rails dressés par traction à 0,3 et 1 %

d'allongement résiduel présentent un écartement f res-

pectivement de 2/10 e et 1/10 e de mm (légère fermeture) pour une longueur sciée L de 500 mm On retrouve un

rapport de valeurs de f de l'ordre de 1 pour 10 en fa-

veur du procédé de l'invention Un taux d'allongement résiduel minimal de l'ordre de 0,3 % apparaît comme nécessaire pour atteindre une relaxation maximale des contraintes internes et il ne semble pas qu'un taux d'allongement supérieur à 1,5 % apporte des avantages

supplémentaires.

Le fait de tractionner un rail au delà de sa limite conventionnelle d'élasticité Rp 12 aurait pu faire craindre des endommagements du matériau susceptibles d'entraîner une propagation plus rapide des éventuelles fissures de fatigue transversales Un test de fatigue

par flexions en 4 points à montré qu'il n'en est rien.

Ce test consiste à soumettre un coupon de rail pré-

entaillé au champignon à une flexion alternée sur la base de 1,400 m à une fréquence de 1 o Hertz sous une charge

de l'ordre de 14 tonnes en période d'initiation de fis-

sure et de 9 to Anes en période de propagation de fissure, charge appliquée au champignon en deux points distants

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de 150 mm situés symétriquement de part et d'autre

de l'entaille transversale centrale.

On observe la propagation de la fissure de fatigue depuis l'entaille à l'aide d'un ektensomètre à jauges et d'une méthode dite électrique basée sur la variation de la résistance du rail au cours de la progression de la fissure On assure, par des variations de l'amplitude des contraintes appliquées, une série de marquages à des nombres de cycles cumulés donnés et on trace la courbe donnant la profondeur de fissure p

en fonction du nombre N de cycles réalisés.

Ce test a été appliqué, dans un premier exemple, a deux coupons de rail UIC 60 de nuance naturellement dure B, issu de la même barre, l'un dressé par galet, l'autre dressé par traction La figure 6 a montre que le rail dressé par galet présente une aire de fissure de fatigue assez étroite et parsemée de sauts fragiles; la figure 6 b représente le faciès du rail dressé par

traction qui montre une aire de fissure de fatigue nette-

ment plus développée et exemptes de sauts fragiles Le tableau IV cidessous montre que le nombre de cycles nécessaires à l'initiation de la fissure et que le nombre de cycles nécessaires à sa propagation sont, dans les mêmes conditions d'essais, nettement supérieurs dans le cas du rail dressé par traction, ce qui est le témoin d'une meilleure ténacité et donc d'une sécurité accrue.

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TABLEAU IV

Dressage Dressage Diff rence par par en 5 ' galets traction Nombre de cycles 350 000 500 000 142 d'initiation Nombre de cycles de propagation jusqu'à rupture 750 000 1050 000 140 franche Profondeur critique de fissure 25 28 112

en mm.

, 1 J, ,

Les courbes 11 et 12 de la figure 7 montrent les mêmres relations p = f (n) mentionnées dans le

tableau IV précédent.

tableau IV précédent Surface de fatigue (dressage On notera que le rapport: par traction) Surface de fatigue (dressage par galets

vaut -1,55.

Le test précédemment mentionné a été appli-

qué, dans un deuxième exemple, à 4 coupons de rails 136 RE, en nuance alliée ou chrome-silicium-vanadium de résistance à la rupture Rm > 1080 N/mm, issue d'une même barre mère; on a pu comparer le comportement en fatigue des divers

états suivants.

dressé par galet dressé par traction non dressé (brut de refroidissoir)dressé par galet et dressé par traction consécutivement La figure 8 a montre l'aspect semi-fragile de la surface de rupture du rail dressé par galets o on n'aperçoit pas de surface de fatigue; la figure 8 b montre la large surface de fatigue du rail dressé par traction; la figure 8 c montre une surface de fatigue du rail non

dressé, qui est très légèrement plus petite que la précé-

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dente; la figure 8 d montre qu'un dressage par traction pratiqué après un dressage préalable par galets restitue

un beau faciès de fatigue.

Le tableau V ci-dessous montre l'améliora-

tion très nette apportée par le dressage par traction au

nombre de cycles A initiation et au nombre de cycles A pro-

pagation par rapport au dressage par galets.

TABLEAU V

Dressage Non dressé Dressé par i Dresse par par traction galets galets et puis par traction " j,, Nombre de cycles k O 000 420 000 850 000 1 150 000

d'initia-

tion Nombre de cycles de

propa-

gation 950 000 1 500 000 250 000 1 400 000 jusqu'à rupture franche

Profon-

deur 26 27 26 I 28 critique de fis e sure fragile) en mm Les courbes 13 A 16 de la figure 9 montrent les mêmes relations p = f(n) mentionnées dans le

tableau V précédent respectivement pour des rails consti-

tués d'un acier 136 RE et dressé par galets (courbe 13) non dressé (courbe 14), dressé par traction (courbe 15) et dressé par galets puis par traction (courbe 16) i 11 résulte très clairement du tableau V et des courbes 13 A 16 de la figure 9 que l'on améliore encore davantage la résistance dlum rail a la propagation des fissures lorsque 'on fait subir à un rail dressé par galets une traction avec al Lo IT ment résiduel selon l'invention en vue de relaxer les

contraintes résiduelles.

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L'amélioration du comportement de la vitesse de fissuration des rails dressés selon l'invention est à relier à la réduction des contraintes résiduelles et en particulier à la quasi disparition des contraintes résiduelles de traction occasionnées au champignon, dans le cas du dressage par galets Cette réduction des contraintes résiduelles procurée par le procédé de dressage de l'invention permet de satisfaire les souhaits de nombreux réseaux ferroviaires, en particulier ceux qui sont lourdement chargés (tels que les voies minières) qui

considèrent que les contraintes résiduelles sont res-

ponsables de ruptures dangereuses survenues en voie.

Le dressage par traction selon l'invention améliore consi-

dérablement la tenue en fatigue des rails par rapport à

ceux dressés par machines à galets.

Le dressage par traction présente en outre, l'avantage d'élever la limite élastique du métal, contrairement au procédé à galets qui a tendance à la

faire décroître; cet avantage est en particulier appré-

ciable au champignon, car une limite élastique plus élevée permet de mieux résister à l'écoulement plastique que peuvent créer les roues lourdement chargées sur la table de roulement du rail Cette élévation de limite élastique pour des nuances d'acier du type UIC 90 A ou B, AREA, et

assimilées est de l'ordre de 100 N/mm 2 pour 1 % d'allonge-

ment Cette propriété s'observe sur tous les aciers, y compris les aciers extra-durs alliés ou traités L'écart de limite élastique entre le procédé par galets et le procédé par traction peut être couramment de 20 Z. Il a été constaté que cette augmentation de limite élastique se produit sans dégradation des critères de plasticité (allongement réparti et striction) ni de la ténacité (Kîc, facteur d'intensité critique de contrainte). Les mesures d'allongement résiduel sur un certain nombre de bases de longueurs marquées le

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long du rail ont montré que les allongements résiduels partiels mesurés sur chacune des bases sont constants et tous égaux à l'allongement résiduel global conféré au rail On ne constate pas d'effets de striction localisée sur la longueur des rails La perte de hauteur est régulière sur toute la longueur des rails, de même que la perte de largeur du patin Les légères variations de dimensions observées sont, comme dans le cas du dressage par galets, compensées au préalable par un calibrage

approprié donné par le laminoir, ce qui permet de respec-

ter les tolérances dimensionnelles des cahiers des charges au moins aussi aisément qu'avec le procédé de dressage par galets Dans ce dernier procédé, il subsiste malgré tout des irrégularités de dimensions car les extrémités gardent

les dimensions'originelles de laminage.

L'invention concerne aussi des rails

de chemin de fer ayant des contraintes résiduelles extrême-

ment faibles Ce type de rail est encore inconnu ' l'heure actuelle car dans une étude toute récente (avril 1981, non publiée, faite par MM R Schweitzer et W Heller (DUISBURG-RHEINHAUSEN) et intitulée "Facteur d'intensité critique decontrainte, tensions propres et résistance à la rupture de rails" il a été dit en conclusion que

"-.-jil importe donc que les tensions propres (= con-

traintes résiduelles internes) soient maintenues à un niveau aussi bas que possible si l'on veut augmenter la résistance à la rupture Or, à l'heure actuelle, cette idée n'est guère réalisable, d'autant moins que le dressage des rails, indispensable pour assurer et consolider leur forme rectiligne, conduit à des tensions propres importantes". La présente invention propose des rails qui après dressage présentent des contraintes résiduelles

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très faibles qui sont: inférieures à + 50 N mm/2 (+ 50 N/mm 2, en traction; N/mm 2, en compression) pour les nuances d'acier à rail (traitées thermiquement ou non) de résistance à la traction Rm 4 1000 N/mm 2, inférieures à + 100 N/mm 2 (+ 100 N/mm 2, en traction; N/mm 2, en compression) pour les nuances d'acier à rail (traitées thermiquement ou non) de résistance

à la traction Rm 1000 N/mm 2.

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Claims (9)

REVENDICATIONS

1 Procédé de dressage d'un rail de chemin de fer caractérise en ce qu'il consiste à soumettre le rail en acier, de façon connue en soi, a une contrainte de traction supérieure à la limite conventionnelle d'élasticité de l'acier, jusqu'à une valeur de contrainte correspondant

à une déformation plastique totale de l'ensemble du rail.

2 Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'on soumet le rail à une contrainte de traction qui, après son relâchement, produit un allongement

residuel au moins égal à 0,3 %.

3 Procédé selon l'unle quelconque des reven-

dications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on soumet le

rail à une contrainte de traction qui, après son rel ache-

ment, produit un allongement résiduel au plus égal à 1,5 %.

4 Procédé selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on soumet le rail à une contrainte de traction, qui, après son relâchement,

produit um ailongement résiduel compris entre 0,5 et O, %.

5 Procédé selon l'une des revendications

1 à 4, caractérisé en ce qu'avant de soumettre le rail en

acier à une contrainte de traction entraînant un allonge-

ment résiduel supérieur à 0,3 %, on le soumet à une opé-

ration préalable de dressage par galets.

6 Rail de chemin de fer dressé constitué de nuances d'acier à rail d'une résistance à la traction R inférieure ou égale à 1000 N/mm, caractérisé en ce m qu'il prés Ente des contraintes résiduelles internes inférieures à + 50 N/mm (+ 50 N/mm en traction;

50 N/nm 2 en compression).

7 Rail de chemin de fer dressé consti tué de nuances d'acier à rail d'unte résistance a la traction

R supérieure à 1000 N/mnn, caractérisé en ce qu'il pré-

m sente des contraintes résiduelles internes inférieures à + 100 N/mm 2 (+ 100 N/am 2 en traction; 100 N/mm 2 en compression),