Brevet FR3069255A1 — publié le 20190125

DESCRIPTION La présente invention se rapporte au domaine des éléments de guidage et de support de roulement pour véhicule ferroviaire et du soudage de ces éléments entre eux et plus particulièrement au domaine des appareils de voie et du soudage de ceux-ci à des rails. Dans le domaine ferroviaire, les coeurs de croisement et autres composants de l'appareil de voie doivent supporter des passages répétés de véhicules roulants. Il est donc indispensable que ces éléments atteignent des niveaux de dureté suffisants pour résister aux pressions répétées exercées par les véhicules ferroviaires en déplacement. Une solution courante pour assurer un niveau de dureté minimal consiste en l'utilisation d'un acier moulé avec une composition de manganèse, ce qui lui confère une structure austénitique. Cet acier manganèse, également appelé acier Hadfield , présente une dureté de 220HB. Après une opération de durcissement par explosion, cet acier peut atteindre une dureté de 320 HB. Cependant, la mise en oeuvre de cette solution aboutit à la réalisation d'éléments de voie dont les passages répétés de véhicules conduisent à la déformation des surfaces circulées. Cette déformation impose une intervention sur site avec un reprofilage des éléments d'appareils de voie pour éviter une dégradation et l'apparition prématurée de fissures. De plus, lors de l'opération de moulage, il peut arriver que des défauts de fonderie surviennent et conduisent à une dégradation des éléments de voie lorsqu'un véhicule, même de faible tonnage, circule dans une zone proche du défaut de fonderie. Par ailleurs, si cet acier répond aux conditions de dureté des éléments d'appareil de voie, il présente comme inconvénient de ne pas permettre la réalisation de pièces qui soient soudables directement entre elles ou avec des rails associés. En effet, le soudage d'un élément d'appareil de voie en acier Hadfield avec un rail impose l'ajout d'un intercalaire en acier inoxydable pour surmonter le refroidissement lent imposé par l'acier du rail. Le temps de soudage d'une telle jonction entre un appareil de voie et un rail est donc deux fois plus important du fait de la présence indispensable d'un insert intercalaire. - 2 - Pour contourner les inconvénients liés à l'acier manganèse, une solution alternative consiste en l'utilisation d'acier laminé trempé à structure martensitique. Cet acier présente comme avantage de permettre la réalisation de pièces dont la dureté est comprise entre 380 HB et 400 HB. 5 Cependant, la structure martensitique de cet acier se transforme dès 250°C, ce qui, au cours d'opération de préchauffage et de soudage, entraine une dégradation rapide de la dureté originelle de l'acier. Ainsi, une opération de soudage sur un élément d'appareil de voie de cette composition altère la qualité de l'acier et conduit à une usure prématurée de 10 la pièce en utilisation. Par ailleurs, cet acier montre une ductilité et une ténacité faible, ce qui est à l'origine de la propagation rapide de fissures. La présente invention a pour but de pallier à cet inconvénient en proposant un élément de guidage et de support de roulement pour véhicule ferroviaire en acier dont la composition permet de répondre aux 15 contraintes de dureté imposées par la fonction de cette pièce de support de roulement, tout en autorisant une soudabilité directe et sans pièce d'insert du coeur de croisement avec un second élément sans altération excessive de ses propriétés de dureté. A cet effet, l'invention a pour objet un élément de guidage et de 20 support de roulement pour véhicule ferroviaire, caractérisé en ce que au moins une portion positionnée dans la partie supérieure de l'élément et réalisant la surface de roulement est réalisée avec un acier dont la composition comprend en complément du Fe: - 0,15 4,261 x Wpatin 20 L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à au moins un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de 25 construction d'un élément de l'invention réalisé par un seul acier de la composition revendiquée, - la figure 2 est une représentation schématique d'un exemple de construction d'un élément de l'invention réalisé par superposition de deux types d'acier différents. 30 Il convient de noter que, dans le présent document, l'expression « élément de guidage et de support de roulement pour véhicule ferroviaire » se rapporte aux appareils de voies et rails et, plus particulièrement aux différents composants de ces appareils de voies que sont notamment les coeurs de croisement, les coeurs de traversée, les pointes de coeurs, les 35 aiguilles, les contre-aiguilles et les demi-aiguillages. L'invention se rapporte à un élément 2 de guidage et de support de roulement pour véhicule ferroviaire, caractérisé en ce que au moins une - 4 - portion positionnée dans la partie supérieure de l'élément 2 et réalisant la surface de roulement est réalisée avec un acier 1 dont la composition comprend en complément du Fe: - 0,15 4,261 x Wpatin Cette force de rupture en flexion est mesurée dans le cadre d'un 15 test réalisé selon la norme EN14587-3, détaillé au paragraphe §10.4.7 et dans son annexe B, après soudage d'un élément 2 de l'invention avec un rail 4. Selon une particularité de cette soudure 3 directe, la force de rupture est de l'ordre de 1 600 kN pour une section de rail 4 de profil 60E1 20 dont le module d'inertie W en patin est égal à 375,5cm3. A titre de comparaison, la soudure d'un rail identique à un coeur de croisement en acier manganèse à structure austénitique classiquement réalisée ne permet de garantir qu'une force de rupture en flexion de l'ordre de 850 kN pour ce même profil de rail. 25 Par ailleurs, il convient de noter que la résistance obtenue par une soudure 3 directe de l'invention entre un élément 2 selon l'invention réalisé intégralement avec un acier d'une composition susmentionnée et un rail 4 correspond aux résistances classiquement obtenues dans le cadre d'une soudure entre deux rails 4 d'une voie courante. 30 Selon une particularité complémentaire de cette soudure 3 directe, la résistance en fatigue suivant la méthode « tout ou rien » sans rupture est d'au moins 5 millions de cycles de passages avec une contrainte de 21 à 210 MPa. Cette résistance en fatigue est mesurée dans le cadre d'un test réalisé selon la norme EN14587-3, détaillé au paragraphe §10.4.8 et 35 dans son annexe D. A titre de comparaison, la soudure à un coeur de croisement en acier manganèse à structure austénitique classiquement - 8 - réalisée présente une résistance sans rupture à 5 millions de cycles de passages avec une contrainte de seulement 14 à 144 MPa. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications 5 restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Elément (2) de guidage et de support de roulement pour véhicule ferroviaire, caractérisé en ce que au moins une portion positionnée dans la partie supérieure de l'élément et réalisant la surface de roulement est réalisée avec un acier (1) dont la composition comprend en complément du Fe : -0,15 2. Elément (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de l'élément est réalisé avec un acier (1) de la composition selon la revendication 1. 3. Elément (2) selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la quantité de nickel de la composition de l'acier est de l'ordre de 0,4 %. 4. Elément (2) selon une des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que la dureté en surface est supérieure à 440 HB. 5. Elément (2) selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément présente une hauteur comprise entre 80 mm et 200mm. 6. Procédé d'assemblage d'au moins un élément (2) selon une des revendications 1 à 5 avec une pièce complémentaire (4) par soudage 25 direct par étincelage comprenant notamment : - une première étape réalisée par une première phase d'étincelage destinée à augmenter la température des surface à souder de façon homogène, la durée de cette première étape étant comprise entre 15 s et 40 s, 30 - une seconde étape réalisée par une phase de préchauffage par effet Joule des parties à souder, la durée de cette seconde étape étant comprise entre 45 s et 55 s avec une intensité de chauffage comprise entre 55 kA et 70 kA, -10- - une troisième étape réalisée par une seconde phase d'étincelage pour désoxyder les faces à souder tout en évitant leur reoxydation, la durée de cette troisième étape étant comprise entre 12 s et 22 s et avec une intensité d'étincelage comprise entre 16 kA et 19 kA, 5 - une étape de mise en contact des surfaces à souder. 7. Procédé d'assemblage selon la revendication 6, caractérisé en ce que, en fin de seconde phase d'étincelage, la vitesse d'avance est comprise entre 2 mm/s et 3 mm/s 8. Soudure (3) directe d'au moins un élément (2) selon une des 10 revendications 2 à 4 avec un rail (4) obtenue par un procédé d'assemblage selon une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la force de rupture F exprimée en kN de la soudure (3) en flexion suivant EN14587-3 est supérieure au produit du module d'inertie Wpatin au niveau du patin exprimée en cm3 par 4,261 selon la formule : 15 F > 4,261 x Wpatin 9. Soudure (3) directe selon la revendication 8, caractérisée en ce que la force de rupture est de l'ordre de 1 600 kN pour une section de rail (4) dont le module d'inertie W en patin est égal à 375,5cm3, 10. Soudure (3) directe selon une des revendications 8 ou 9, 20 caractérisée en ce que la résistance en fatigue suivant la méthode « tout ou rien » sans rupture est d'au moins 5 millions de cycles de passages avec une contrainte de 21 à 210 MPa.