Pourquoi le durcissement des têtes de rail est utilisé
Dans les courbes, les pentes et les lignes de transport lourdes-, le champignon du rail s'use au contact des roues-rail et subit une fatigue de contact de roulement (RCF) telle que l'écaillage, l'affaissement et l'usure ondulée. Le durcissement de la tête augmente la dureté de la surface du rail afin que l'usure et le RCF soient contrôlés, permettant ainsi au rail de rester en service plus longtemps. La pratique chinoise est caractérisée par la tête U75VH-nuance durcie couverte par TB/T 2344, et la pratique européenne par les qualités R350HT et R400HT de la norme EN 13674-1.
Processus communs de trempe des têtes de rail
| Processus | Chauffage et refroidissement | Profondeur durcie | Utilisation typique |
|---|---|---|---|
| Trempe par chauffage par induction | La bobine d'induction à haute fréquence-chauffe la tête à environ 850 à 900 degrés Celsius, puis un jet d'eau la refroidit. | 8 à 12 mm, uniforme | Rails de transport de grandes lignes-et de transport lourd- |
| Extinction de la flamme | Chauffage à flamme d'acétylène-oxygène | 5 à 8 mm, moins profond | Lignes à faible trafic |
| Trempe de chauffage par contact (électrode) | Les électrodes chauffent directement la tête | Contrôlable mais l'équipement est complexe | Rarement utilisé dans la pratique moderne |
Dureté et durci-Exigences en matière de couche
Les rails à tête durcie-sont normalement spécifiés en fonction de la dureté de surface : les rails U75VH atteignent environ 341 à 400 HB, et les qualités premium ciblent une dureté de 380 à 420 HB, comparable à la qualité R400HT. La dureté ne doit pas chuter brusquement sous la surface : le gradient de dureté dans la couche durcie doit être doux, avec une chute de dureté ne dépassant pas environ 20 HB par millimètre de la surface au noyau, pour éviter une concentration de contraintes. La zone de transition entre le rail trempé et le rail non trempé doit avoir une longueur d'au moins 50 mm afin que les forces des roues-rail évoluent en douceur. La profondeur de la couche durcie-sur les rails de transport lourds-doit être d'au moins 10 mm.
Effet sur la résistance à l'usure et la durée de vie
Le durcissement de la tête par induction améliore généralement la résistance à l'usure des rails de deux à trois fois sur une ligne simple : les rails à tête trempée-durent 10 à 15 ans dans des conditions de trafic normal, tandis que les rails non durcis durent 5 à 8 ans. La couche durcie résiste également à la fatigue due au contact des roues-rails, réduisant ainsi l'écaillage du champignon et l'usure ondulée. Les rails trempés à la flamme-, avec leur couche moins profonde, donnent une amélioration d'environ 1,5 fois et conviennent aux lignes à trafic moyen-où le durcissement par induction complet n'est pas économique.
Test de qualité de la couche durcie
Dureté : mesurez la dureté de surface avec un testeur Brinell ou Rockwell à des positions définies, généralement trois points par mètre de rail, et faites la moyenne.
Structure : examiner métallographiquement la couche durcie ; l'exigence est une structure perlitique fine (au moins 90 pour cent de perlite fine) - la martensite n'est pas acceptable car elle est trop fragile pour un contact par roulement.
Profondeur : vérifiez la profondeur de la couche durcie-par un test aux ultrasons ou un examen de section, avec un écart contrôlé à plus/moins 1 mm de la valeur de conception.
Sélection du processus par volume de trafic
Lignes de transport lourd-avec un trafic annuel supérieur à 50 millions de tonnes brutes : trempe par induction, profondeur de trempe d'au moins 10 mm.
Réseaux ferroviaires de 20 à 50 millions de tonnes brutes par an : trempe par induction (8 à 10 mm) ou trempe à la flamme de haute-trempe à la flamme.
Branches inférieures à 20 millions de tonnes brutes : la trempe à la flamme (5 à 8 mm) équilibre coût et performance.
FAQ
Q : Pourquoi la couche durcie doit-elle être d'au moins 10 mm sur les lignes de transport lourd- ?
R : Parce que les contraintes de contact entre les roues-rails pénètrent sur plusieurs millimètres ; une couche plus profonde maintient le matériau de support dur sous la zone de contact à mesure que la surface s'use.
Q : La martensite est-elle acceptable dans un champignon de rail durci ?
R : Aucun champignon de rail durci - ne doit avoir une structure perlitique fine ; la martensite est fragile et se forme sous différentes pratiques de refroidissement, conduisant à un effritement sous le trafic.
Q : Quel est le lien entre la dureté et la résistance à l’usure ?
R : Dans les aciers perlitiques pour rails, le taux d'usure diminue à mesure que la dureté augmente, c'est pourquoi les chemins de fer lourds-spécifient HB 340 ou plus dans les courbes.
Q : Les rails-trempés peuvent-ils être soudés ?
R : Oui, avec des procédures de soudage qualifiées pour la qualité ; la dureté de la tête doit être restaurée ou acceptée conformément aux spécifications de soudure, et les zones de soudure affectées par la chaleur-sont inspectées en conséquence.
Q : Comment puis-je confirmer la qualité de livraison des rails-trempés ?
R : Vérifiez le certificat de l'usine pour les résultats de dureté, les enregistrements de profondeur de couche-durcie et les rapports de tests par ultrasons, et vérifiez-les par rapport à la norme en vigueur.