LU84583A1

LU84583A1 - Procede de dressage d'un rail de chemin de fer et rail de chemin der fer dresse

Info

Publication number: LU84583A1
Application number: LU84583A
Authority: LU
Inventors: Raymond Yves Deroche; Yves Bourdon; Andre Faessel
Original assignee: Sacilor
Priority date: 1982-02-19
Filing date: 1983-01-14
Publication date: 1983-06-13
Also published as: SE8300905D0; GB2115326A; FI84563C; IT8367190A0; IN167481B; FI830463A0; PT76210B; CA1254543A; MX161418A; ZA83536B; GB8301070D0; IT1165545B; KR920007242B1; GB2115326B; FR2521883B1; US4597283A; BR8300691A; CS111883A2; JPS58202916A; DE3223346A1

Description

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Procédé de dressage d1un 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 5 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 10 de manutentions et 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 15 minimiser ou les éviter· Le refroidissement inégal des différentes parties du rail dont le profil n'est pas symétrique selon ses deux plaie principaux fait que le rail sortant d'un refroidissoir présente un cintre plus ou moins accentué, qui dépend des conditions du 20 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 minimiser le cintre dû au refroidissement, il est impossible, en marche industrielle, d'obtenir à la sortie des refroi-23 dissoirs 100% de rails suffisamment droits pour être livrés en l'état aux chemins de fer. Le refroidissement du rail inévitablement inégal à cause du profil non : symétrique du rail est, d'autre part, une source de con traintes résiduelles qui peuvent favoriser la propagation 30 de fissures lorsque le rail est posé en voie, principalement avec des rails extra-durs utilisés sur des réseaux lourdement chargés (par exemple, voies minières ou réseaux spécialisés dans le transport des pondéreux).

Les traitements thermiques éventuels des 33 rails, appliqués sur tout ou une partie de leur profil, avant leur passage sur les refroidissoirs, ou le refroidissement contrôlé des rails en fosse, accentuent les i ‘ 2 $ risques de déformations et de contraintes résiduelles importantes. Lesspécifications les moins sévères applicables à la fabrication des rails ne permettent plus de les livrer en leur état de rectitude à la sortie des re-5 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.

10 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 15 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 20 visuellement les parties de rail à dresser et contrôle avec une règle, après chaque coup de presse, la rectitude obtenue. Ce procédé de dressage, qui exige un opérateur expérimenté, procédant par coups de presse multiples sur des portions de rail, est brutal et coûteux. Le 25 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 ,* 30 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 alternativement à des déformations de flexion en sens opposés. Les galets supérieurs, moteurs, entraînent le rail et lui 35 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 2 3 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 déformation, inverse de la première.

5 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 l’entraxe des galets. Ces extrémités doivent ensuite être dressées 10 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 à galets, l'âme du rail est en compression longitudinale élastique alors que le champignon et le patin sont en traction 15 longitudinale élastique. Ces tensions internes sont dues au dressage par galets. Indépendamment de l’état initial de rectitude des rails à la sortie du refroidissoir, tous les rails subissent dans les dresseuses à galets des déformations importantes, conduisant aux inconvénients 20 suivants : - raccourcissement sensible du rail, - réduction sur la hauteur du profil du rail - accroissement de la largeur du champignon et du patin du rail 25 - 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 extrémités sur une presse à cales qui engendre une légère 30 polygonisation des extrémités, d’où l’impossibilité d’obtenir une parfaite continuité de rectitude avec le corps du rail, - génération systématique, dans tous les rails, de contraintes qui peuvent favoriser la propagation de fissures, 35 - risque de formation de fissurations fragiles dans les raccords de l’âme avec le patin ou le champignon. Ces fissurations étant internes, donc invisibles à l’oeil / t 4 constituent un risque potentiel d'accident très grave, - risques de création sur le champignon des rails d'ondulations sinusoïdales d'amplitudes plus ou moins importantes dues aux excentricités difficilement 5 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 complétés, le cas échéant par ceux à cales ne permettent de 10 satisfaire les normes actuelles applicables à la fabrication des rails qu'au prix de soins minutieux et coûteux. 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 15 jugée à l'oeil pour le corps de barre. Pour les rails destinés aux voies du train à grande vitesse (T.6.V.), sur lesquelles les trains circuleront à une vitesse commerciale de 2Ô0 km/h (voies sur lesquelles une vitesse de 380 km/h a été atteinte) les spécifications de la norme 20 UIC 860 sont complétées par les spécifications supplémentaires suivantes : - cintre maximal de 40 mm de flèche pour des longueurs de rails de 18m et de l60 mm pour les rails de 36 m, - amplitude verticale des ondulations de la table de 25 roulement inférieure à 0,3 mm, - 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 30 de 0,3 mm mesurée avec une règle de 3 m reposant sur la table de roulement depuis les extrémités.

La satisfaction de ces normes supplémentaires, qui oblige à exploiter les dresseuses à galets et presses à cales à la limite de leurs possiblités, 35 accroît le coût des opérations de dressage.

On a également proposé de réaliser par 5 F- ι . * 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 5 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 augmente sa dureté tout en abaissant par des déformations importantes lors de 1'étirage les caractéristiques de ductilité et de 10 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'appliquer le processus de traction au dressage des rails.

Pour des raisons économiques, on emploie 15 de plus en plus des rails 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 20 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 : 25 Type d'acier charge de rupture contrainte interne acier nuance courante de vie - 700 à 900 N/mm2 100N/mm2 acier UIC natu- 2 2 rellement dur " 900 à 1000 N/mm 200N/mm„ 30 acier extra-dur ” 1100 à 1200N/mm 300N/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, à un dressage complémentaire par 35 presse à cale, a pour but : - L'obtention de rails exempts de cintre, - d'assurer une continuité dans la rectitude entre les 6 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, 5 - 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, 10 _ de diminuer les tensions internes introduites dans le rail par les opérations avant le dressage (traitements thermiques, refroidissement).

Pour atteindre ces buts, l'invention propose î 15 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 correspondant à une déformation plastique totale de l'ensemble du rail.

20 Grâce à cette déformation entièrement plastique du rail par traction, on ne crée pas de contraintes résiduelles par 1'.opération de dressage et on réduit les contraintes résiduelles préexistantes.

Pour les qualités et nuances connues 25 d'acier traité thermiquement ou non, il s'est avéré que l'on obtient des valeurs de contraintes résiduelles longitudinales inférieures à + 100 N/mm pour des nuances “ 2 d'acier à rail de résistance R >1000 N/mm et inférieures 2 ® à + 50 N/mm pour les nuances d'acier à rail de résistance ~ 2 . ’ 30 Rm ^ 1000 N/mm 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 35 garantit les résultats ci-dessus énoncés. L'abaissement des contraintes résiduelles internes du rail à de faibles • « 7 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.

5 Tant que la combinaison de ces contraintes ne dépasse pas la limite d'endurance d'éventuelles amorces préexistantes sur le rail ne conduisent pas à sa rupture » d'où l'intérêt d'avoir des rails avec des contraintes internes résiduelles aussi faibles que possibles.

10 II 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 15 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 pour ~ 2 20 des nuances d'acier à rail d'une résistance Rm >1000N/mm et inférieures à + 50 N/mm pour les nuances d'acier à rail d'une résistance RM <?1000 N/mm^.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après 25 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', , 30 - figure 2a est une vue en perspective d'un rail sortant du refroidissoir, - figure 2b est une vue de coté du même rail, - figure 3 est un diagramme effort- 35 déformation de l'acier, montrant la courbe des contraintes obtenues en fonction des allongements exercés, - figure 4 représente, pour un rail sor- ‘ . * 8 tant du refroidissoir, un schéma de la réduction des contraintes résiduelles dans les différentes parties constitutives du rail en fonction du taux d’allongement résiduel ξ. j 5 - 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 10 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 1'invention.

15 - figures 6a et 6b montrent chacune le plan de rupture d'un rail naturellement dur B de l'UIC dressé par galet selon l'état de l'art (figure 6a) et d>'un rail de même nuance dressé selon l'invention, (figure 6b) la figure 6b montrant que la fissure de fatigue avant rupture 20 du rail dressé par traction est plus grande que celle du rail dressé par galets qui présente un caractère de fragilité nettement plus accentué, - figure 7 représente les courbes 11 et 12 de fissuration comparées de la propagation de la 25 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.

30 - les figures 8a - 8b - 8c - 8d montrent des surfaces de rupture de quatre échantillons d'un

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rail extra-dur allié (Rm^ 1θ8θ N/mm ) respectivement dressé par galets, dressé par traction,non dressé (brut de refroidissoir), et dressé par galets et ensuite dressé par 35 traction. On y voit que le procédé de traction de l'invention enlève toute trace de fragilité aux fissures.

- la figure 9 montre les courbes de fissurations · 9 des échantillons de rail des figures 8a, 8b, 8c et 8d.

Un rail 1 sortant d'un refroidissoir se présente sous forme d'une courbe gauche (figures 2a et b).

Les longueurs des fibres constitutives du champignon 2, de 5 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 (©0, supérieure à la 10 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 15 d'allongement correspondant au coude de début de plastification 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-20 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 25 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 30 de fibres, dans le rail. Le dressage du rail par allongement 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 35 des contraintes longitudinales résiduelles en fonction du taux d'allongement résiduel pour un rail de nuance . « * I " · i 10 courante. Le diagramme de la figure 4 montre en abscisse l'allongement résiduel et en ordonnée la contrainte résiduelle longitudinale <3"(- pour la compression , + pour 2 la tension) en N/mm . La courbe 5 représente la contrainte 5 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 (valeurO^L85%) et que ces 10 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 15 d'allongement résiduel compris entre la limite conventionnelle d'élasticité (£. = 0,2%) et les valeurs minimales de contraintes résiduelles (ici Cr 10 N/mm2 pour 0,27%) est un domaine d'incertitude et est donc à éviter et qu'à partir de l'obtention des valeurs de contrainte 20 résiduelle minimale (à partir de£. cà 0,27% ou 0,3%) une' augmentation de l'allongement résiduel n'apporte plus aucune amélioration sensible à cet égard, si ce n'est par augmentation de la limite élastique par effet d'écrouissage, élévation de limite élastique qui peut 25 être conduite à volonté : par exemple pour une nuance naturellement dure A de l'UIC ou pour une nuance AREA, l'élévation de la limite élastique est de l'ordre de 100 N/mm2 pour 1% d'allongement résiduel supplémentaire.

Autrement dit, un taux d'allongement . 30 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 et(ju trépan, des contraintes résiduelles de rails 35 désignés par les références 0,73 D 09, 236 D23 et 150 C13 tractionnés par le procédé de l'invention, et celles des rails désignés par les références 073 B 10, 236 D 23 . f 11 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-5 après dans les tableaux I à III:

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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 5 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 10 vérifiés peur des mesures de contraintes faites suivant des méthodes différentes par des Laboratoires différents (SACILOR, IRSID).

La relaxation des contraintes internes résiduelles est telle que les laboratoires ne voient pas 15 de différences significatives entre le niveau de contraintes 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-20 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. En procédé 25 de dressage par traction, les contraintes résiduelles sont très nettement plus faibles et beaucoup plus uniformes. On doit faire remarquer que les valeurs de contraintes mesurées par la méthode de découpe (méthode dite de YASOJIMA et MACHII (1965) utilisée, entre 30 autres, par 1 OFFICE de RECHERCHE et D'ESSAIS de l'UIC dans son étude C53 "Contraintes résiduelles dans les rails") sont confirmées de manière satisfaisante par les méthodes dites du trou et du trépan. Une vérification empirique de la relaxation des contraintes internes 35 due au dressage par traction a été faite à l'aide d'un test qui consiste à séparer le champignon du reste 16 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 résultats de ce test appliqué à un rail UIC 60 NDB sont 5 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 l'about de celui-ci.

10 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 0 et 8/lOe de mm. Les courbes 9 et 10 15 montrent que des rails dressés par traction à 0,3 et 1% d'allongement résiduel présentent un écartement f respectivement de 2/l0e et - l/10e 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-20 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 25 supplémentaires.

Le fait de tractionner un rail au delà de sa limite conventionnelle d'élasticité Rp^g atirai^ Pu faire craindre des endommagements du matériau susceptibles d'entraîner une propagation plus rapide des éventuelles 30 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 préentaillé au champignon à une flexion alternée sur la base de 1,400 m à une fréquence de 10 Hertz sous une charge 35 de l'ordre de 14 tonnes en période d'initiation de fissure et de 9 tonnes en période de propagation de fissure, charge appliquée au champignon en deux points distants 17 de 15O 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 extensomètre 5 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 10 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, à deux coupons de rail U‘IC 60 de nuance naturellement dure B, issu de la même barre, l'un dressé 15 par galet, l'autre dressé par traction. La figure 6a montre que le rail dressé par galet présente une aire de fissure de fatigue assez étroite et parsemée de sauts fragiles; la figure 6b représente le faciès du rail dressé par traction qui montre une aire de fissure de fatigue nette-20 ment plus développée et exemptes de sauts fragiles. Le tableau IV ci-dessous 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 25 dans le cas du rail dressé par traction, ce qui est le témoin d'une meilleure ténacité et donc d'une sécurité accrue.

* 18

TABLEAU XV

Dressage Dressage Différence par par en % galets traction 5 Nombre de cycles 350.000 500.000 l42 d'initiation

Nombre de cycles k de propagation jusqu'à rupture 750.000 1050.000 l40 10 franche

Profondeur critique de fissure 25 28 112 en mm 15 Les courbes 11 et 12 de la figure 7 montrent les mêmes relations p = f (n) mentionnées dans le tableau IV précédent. „ „ . _ . . ,,

Surface de fatigue (dressage

On notera que le rapport : par traction)_ 20 Surface de fatigue (dressage par galets vaut 1,55.

Le test précédemment mentionné a été appliqué, dans un deuxième exemple, à 4 coupons de rails I36RE, 25 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 30 - dressé par traction - non dressé (brut de refroidiesoir) - dressé par galet et dressé par traction consécutivement

La figure 8a montre l'aspect semi-fragile 33 de la surface de rupture du rail dressé par galets où on n'aperçoit pas de surface de fatigue; la figure 8b montre la large surface de fatigue du rail dressé par traction; la figure 8c montre Une surface de fatigue du rail non dressé, qui est très légèrement plus petite que la précé- » 19 dente; la figure 8d montre qu'un dressage par traction pratiqué après un dressage préalable par galets restitue im beau faciès de fatigue·

Le tableau V ci-dessous montre l'améliora-5 tion très nette apportée par le dressage par traction au nombre de cycles à initiation et au nombre de cycles à propagation par rapport au dressage par galets·

TABLEAU V

' Dressage Non dresse Dressé par Dresse per 10 par traction galets galets et puis par traction

Nombre de i_ STCleî· 400.000 420.000 850.000 1.150.000 15 d'initia- tion

Nombre de cycles de propa- 20 gation 950.000 1.500.000 L.250.000 1.400.000 jus qu'à rupture franche

Profon- 25 deVT. 26 27 26 28 critique de fis- , e^mm fragile) _t ^ 50 Les courbes 13 à 16 de la figure 9 montrent les mêmes relations p = f(n) mentionnées dans le tableau V précédent respectivement pour des rails constitués d'un acier 136 RE et dressé par galets (courbe 13) non dressé (courbe l4), dressé par traction (courbe 15) et 35 dressé par galets puis par traction (courbe 16)· Il résulte très clairement du tableau V et des courbes 13 à 16 de la figure 9 que l'on améliore encore davantage la résistance d'un rail à la propagation des fissures lorsque l'on fait subir à un rail dressé par galets une traction avec allorçp- 40 ment résiduel selon l'invention en vue de relaxer les contraintes résiduelles.

20 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 5 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 10 sont lourdement chargés (tels que les voies minières) qui considèrent que les contraintes résiduelles sont responsables de ruptures dangereuses survenues en voie.

Le dressage par traction selon l'invention améliore considérablement la tenue en fatigue des rails par rapport à 15 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-20 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 25 assimilées est de l'ordre de 100 N/mm2 pour 1% d'allongement. 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 %.

30 II 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 (K^c, facteur d'intensité critique de contrainte ).

35 Les mesures d'allongement résiduel sur un certain nombre de bases de longueurs marquées le » .

21 « 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 5 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 10 approprié donné par le laminoir, ce qui permet de respecter 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 15 les dimensions originelles de laminage.

L'invention concerne aussi des rails de chemin de fer ayant des contraintes résiduelles extrêmement faibles. Ce type de rail est encore inconnu à l'heure actuelle car dans une étude toute récente (avril 1981, 20 non publiée, faite par MM R. Schweitzer et W. Heller (DUISBURG-RHEINHAUSEN) et intitulée «Facteur d'intensité critique de contrainte, tensions propres et résistance à la rupture de rails" il a été dit en conclusion que "....il importe donc que les tensions propres (a con-25 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 30 leur forme rectiligne, conduit à des tensions propres importantes"·

La présente invention propose des rails qui après dressage présentent des contraintes résiduelles 22 très faibles qui sont : - inférieures à + 50 N mtn/2 (+50 N/mm2, en traction; - 50 N/mm2, en compression) pour les nuances d’acier à rail (traitées thermiquement ou non ) de résistance 5 à la traction Rm ^ 1000 N/mm2, - inférieures à + 100 N/mm2 (+ 100 N/mm2, en traction; m ’ ' - 100 N/mm2, en compression) pour les nuances d'acier à rail (traitées thermiquement ou non) de résistance à la traction Rm / 1000 N/mm2.

m

Claims

1· Procédé de dressage d’un rail de chemin de fer caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre le rail en acier, de façon connue en soi, à une contrainte de traction 5 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 10 traction qui, après son relâchement, produit un allongement . résiduel au moins égal à 0,3%·

3- Procédé selon l’une quelconque des reven dications 1 et 2, caractérisé en ce que l’on soumet le rail à une contrainte de traction qui, après son relâche-15 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 un allongement résiduel compris entre 0,5 et 0,7%. 20

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 allongement résiduel supérieur à 0,3%, on le soumet à une opération 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 2 R inférieure ou égale à 1000 N/mm , caractérisé en ce m qu’il présente des contraintes résiduelles internes 2 2 inférieures à + 50 N/mm (+50 N/mm en traction ; 2 * 30 . 50 N/mm en compression).

7. Rail de chemin de fer dressé constitué de nuances d’acier à rail d’une résistance à la traction supérieure à 1000 N/mm , caractérisé en ce qu’il présente des contraintes résiduelles internes inférieures 2 2 2 35 à + 100 N/mm (+ 100 N/mm en traction; - 100 N/mm en compression).