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PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DE RAILS DE CHEMINS
DE FER ET DE TRAMWAYS.
L'un des problèmes du Bail qui, dans les dernières années, a le plus préoouppé les ingénieurs de chemins de fer et des fabricants de rails ,est le défaut connu sous le nom de "fentes ou criques internes " ,lesquelles peuvent être soit transversales soit longitudinales. Oes criques se développent en service par la fatigue imposée aux rails,et peuvent finalement provoquer la rupture totale et soudaine des rails sans avertissement *Un rail contenant des fentes ou criques de ce genre a quelquefois été défini oomme comprenant une " zône éclatée ".
Bien que tous les rails ne soient pas nécessairement sujets à ce défaut,on ignore quelles sont; dans la fabrica- tion d'un rail d'acier, les conditions exactes qui permettent de l'en exempter.De ce fait il est à recommander d'appliquer
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tous rails fabriqués au laminoir, le traitement simple @ fourni par la présente invention, et grâce auquel on peut, dans la mesure du possible, empêcher le défaut de se développer dans les rails qui n'en sont pas exempts.
Les demandeurs ont découvert que l'une des principales causes de ces fissures ou amorces de rupture de l'aoier réside dans des différences très marquées de température entre le métal externe et le métal interne durant le refroidissement,en particulier dans la masse importante du champignon du rail et tandis que le rail traverse en se refroidissant la zône de résistance maximum qui se place entre 500 et 300 C.
Afin de définir clairement ce que l'on entend par "zône de résistance maximum " on s'en référera aux diagrammes annexée :
Fig.1 montre des courbes représentatives de la résistance à traction et de la duotibilité de aeux aciers , contenant respectivement 0,91 et 0,55 % de carbone .Ces courbes ont été établies par Dupuy et publiées dans le journal de 1' Iron and Steel Institute , 1921 N 2.
Les courbes des résistances à traction 11. et B (qui correspondent respectivement aux teneurs de 0,91 et 0,55 de carbone) montrent que la résistance des deux aciers tend à croître jusqu'à une température de 320 - 3500 0, environ et tombe ensuite très rapidement.
Les oourbes de ductilité, 0 et D , ( qui corresponden dent respectivement à des teneurs de 0,91 et 0,55 % de carbone ) montrent que l'allongement, après une légère chute vers 2500 0. croît rapidement jusque 430 C. et tombe alors, vers 550 - 580 C. pour se relever à nouveau.
Des modifications inveres se produisent en cours de refroidissement à partir d'une température élevée.
Fig.2 montre quelques uns des résultats constatés au cours des recherches ayant conduit à la présente
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invention-, et qui ont été obtenus par pliage lent de barreaux
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entaillés dans une machine de Bamtroy pour estais sur barreaux entailles, l'acier utilisé contenant Oa 82 et 0'7I %- de marLZanèseî
Les oourbes représentent le moment de'flexion 3 maximum supporta par les échantillons , et F l'angle de pliage avant rupture;
les courbes sont le résultat d'une série d'essais exécutés à des températures diverses
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jusque 60G 0.Le moment de flexion max#= diminue jugqu4à une tompëxature d'environ/160" 0; s'élève rapidement jueq#tâ atteindra un:
maximum pour SBOO Ge environ et diminue ensuite très rapidement Jusqu'à la tempdxatizze maximum à laquelle les essais ont été effectuas* L'angle de pliage est représenté par une courbe très analogue,mais qui après une chute rapide de
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400 à 6000 0. se relève avec la température*
Les rails quittent les cylindres du amincir à des températures comprises entre 800 et 1000 C.,bien au. dessus clos températures critiques auxquelles se forme la structure finale.
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Lorsque les rails occupent le rrioidisseur , ,leur température s'abaisse graduellementimais toutes les parties de la section ne se refroidissent pas à une vitesse uniforme.
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Il convient de faire remarquer ioi que l* expression *section " désigne plutôt la section droite de la masse, en particulier celle de la tête ou champignon du rail que la " coupe du rail laquelle expression est généralement utilisée pour désigner le contour ou profil de la section droite de la masse.
La zone ou échelle particulière de la température envisagée dans la présente invention se place après que l'acier a passé au point ou traversé la zone critique et que la structure finale s'est par conséquent formée.Un refroidisse-
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mant/danns la Z'*C*12e critique est désavantageux et donne des
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rails plus doux.La portion de cette zone d'importance primordiale est celle qui est représentée par la courbe entre les températures de 500 et 3500 C.
des diagrammes annexés, c'est à dire la portion de la zône dans laquelle on constate un accroissement rapide de résistance pendant le refroidissent ont
Les rails dissipent la chaleur par radiation de leurs surfaces et par oonduction de l'intérieur vers l'extérieur, mais toutes les parties de la section n'abandonnent pas leur chaleur à une même vitesse.
Au cours du refroidissement doit exister un stade pour lequel les portions internes du rail possèdent une température de par exemple 500 C. et les portions externes une température inférieure,par exemple d'environ 400 C., et par suite, tandis que l'intérieur he présente encore qu'une faible résistance et ductilité, l'extérieur est déjà résistant et plus ductile. Si l'intérieur se contracte alors plus rapidement que l'extérieur, des tensions y prendront naissance conduisant à la formation de fentes ou criques internes que l'invention a pour but d'éviter.
L'.objet de l'invention est d'empêcher ou de s'opposer à la perte de chaleur par radiation, à une température pour laquelle toute la section du rail se trouve encore au dessus de 5000 C. mais après qu'elle a passé par la zone critique, de madère que la température de toute la section devienne sensiblement uniforme et que, par conséquent,lorsqu'elle se refroidit ultérieurement de 500 à 300 C. ,la différence de température entre des parties quelconques de la seotion se trouve être un minimum.On évite ainsi l'établissement: de tensions internes alors que la résistance dans les différentes parties de la section n'est pas uniforme.
Il doit être noté.qu'en outre des tensions créées par la différence de température entre l'extérieur et
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l'intérieur du champignon du rail (laquelle différence est la même que dans une billette ) ,l'âme et les ailes relativement froides et résistantes de la section de rail ajoutent aux tensions dans le ohampignon.
Il peut naturellement exister des causes partioi- pantes telles que des " inclusions " de l'acier qui le rendent plus sujet à rupture , des charges de roues exoessi- vea facilitant le développement de ces défauts inhérents et des circonstances analogues l'invention yisant à réduire au minimum les effets possibles de ces causes participantes,,
L'invention consiste à assurer que le métal externe et le métal interne, en particulier de la masse conséquente du champignon de rail traverse cette zone des températures de résistance maximum , aven entre eux la plus petite différence possible de température*
Ce résultat est atteint en égalisant autant que-faire se peut la température de toute la section,
plus spécialement en ce qui concerne l'intérieur et l'extérieur du champignon du rail ,avant que la température de l'extérieur du champignon n'ait atteint la température la plus élevée . de la " amie de résistance maximum ", et à refroidir ensuite uniformément et lentement le rail jusqu'au moment où toutes les parties de la section ,interne et externe , ont traversé 1 la zone des températures :de résistance maximum.Sons cette zone de températures, alors que l'acier n'est plus susceptible de variations soudaines de réistanoe ,on peut appliquer sans danger le :
refroidissement normal ou même un refroi- dissement accéléré.
L'invention est applioable soit aux rails refroidis à la manière ordinaire au refroidisseur, soit aux rails auxquels dans la zone critique on a appliqué un refroidisse- ment accéléré suivant la méthode décrite dans le brevet belge 275.130, ou en ayant recours à toute -autre méthode d'exécution d'un refroidissement accéléré pour obtenir
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la structure miorographique désirée , et la présente invention qui consiste en un refroidissement uniforme et retardé dans la zône de résistance maximum n'influence pas matériellement nette microstructure.
Le refroidissement uniforme désiré, spécialement dans la masse conséquente du champignon , dans la suisdite zone de rétistanoe maximum,peut s'obtenir , en s'arrangeant pour que les rails, lorsque toutes leurs parties se trouvent en dessous de la zône critique et lorsque la température de l'extérieur se rapproche de la température la plus élevée de la zône de résistance maximum ,mettons 5500 C, soient empilés et isolés de oourants divers ou bien placés sous des couvercles ou dans des chambres qui pourront être revêtues de briques et peuvent être chauffées artificiellement.
Quelque sait la méthode employée,le but visé est d'empêcher au de retarder la perte externe de la chaleur du rail, de manière que la chaleur interne puisse uniformément se répartir dans toute la section*
Le refroidissement ultérieur , dans la zône susdite, est retardé par l'une quelconque des méthodes ci-dessus , de sorte que les différences de température entre les masses internes et externes de la section ,plus spécialement du champignon, seront aussi réduites que possible.
Comme en raison de ce refroidissement les rails occuperont le refroidissoir .pendant une. période plus prolongée que la normale ,et si cet accroissement de durée n'est pas à désirer, des mesures peuvent être prises pour accélérer le refroidissement des rails au dessus et en dessous de la zône de résistance, maximum visée par l'invention, et par Exemple les rails, en arrivant tout d'abord au refroidis soir,peuvent subir un refroidissement accéléré jusqu'à présenter la microstructure désirée, savoir jusqu'au moment où leur température est d'environ 6000 C.,comme par exemple,par application du procédé du brevet belge
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N 275 130 , ou grâce à tout autre moyen;
Les rails sont alors, amenas, suivant l'invention, une température unifurme dans toute le\ : masse , ainsi que décrit précédemment, et lentement refroidis dans la zone de résistance maximum antérieurement définies
Lorsque les rails ont traversé cette saie et ont atteint une température maximum de ,mettons 3500 C.,le refroidissement peut à nouveau être accéléré par des moyens artifinels
Un moyen simple d'appliquer l'invention consiste à prévoir pour le refroidissoir un toit en forme de volute, en une matière qui est mauvaise conductrice de la chaleur,
Lorsque les rails se refroidissent au refroidissenr à partir de la température qu'ils possèdent en quittant les cylindres ,
ce toit n'est pas mis en place jusqu'au moment où le refroidissement a dépassé la zone critique .Lorsqu'on adopte un refroidissement artifioiel dans la zône critique, le toit peut être disposé sur le refroidissoir de façon sont permanente et les rails/placés sous ce toit pour se refroidir complètement ou en tous cas dans la zone de résistance maximum.
On sait déjà que certaines tensions désavantageuses prennent naissance dans un rail en refroidissement en raison du fait que la vitesse à laquelle les portions du rail de section de moindre épaisseur , comme l'âme et les ailes ,se refroidissent est plus élevée que celle à laquelle se re- froidissent les parties de section plus épaisse comme par exemple le champignon du rail.On sait aussi que le tort qui résulte de l'absence d'uniformité de ce refroidissement se manifeste principalement tandis que la température des parties de plus forte section, déoroit entre les limites de 450 - 3500 C., les parties de plus légère section ayant déjà traversé cette zone, comme c'est le ces lors d'un refroidisaemtn normal au refroidissoir.
Dans le brevet
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belge 305.006 on a indiqué oomment les tensions qui résultant de ce refroidissement inégal des parties de sections différentes peuvent être réduites par l'application d'un agent de refroidissement relativement peu énergique sur les parties de plus forte section, d'une manière telle que ces parties atteignent et traversent sensiblement en même temps que les parties de faible section la zône des températures 450 - 300 C.,
Il va de soi qu'un procédé de ce genre n'est pas un remède aux tensions visées par la présente invention, car en accélérant le refrodissement de la partie externe de la masse de métal on ne fait qu'accentuer les différences de température entre les parties interne et externe de cette masse.
REVENDICATIONS.
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1.-La fabrication de rails de chemins de fer ou de tramways, dans laquelle le rail possède )}ne température Résumé sensiblement uniforme dans toute la section au moment où il atteint la température de la zone de résistance maximum et tandis qu'il se refroidit nans cette zone.
2.- Le perfectionnement à la fabrication de rails de chemins de fer et de tramways, qui consiste à prévoir que le métal interne et le métal externe du rail traversent la crâne de température de résis1iance maximum en présentant entre eux la di1'férenoe de température la plus réduite possible.
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