Maintenance

Les cœurs de voie constituent un des éléments les plus sensibles de la voie ; à ce titre, ils génèrent des opérations de maintenance d’autant plus coûteuses que la perturbation de trafic liée à ces opérations est plus importante. La surveillance de ces composants est constante, mais la maintenance reste plus curative que préventive. En fait, la dégradation d’un cœur de voie dépend des sollicitations imposées par le passage des convois, d’où la difficulté

de prédire le niveau de dégradation [7].

a b

1.4.1 Description

Les opérations de maintenance se composent essentiellement d’un meulage, pour éliminer les zones endommagées, suivi d’un rechargement par un alliage de nuance et structure proches de la nuance de base et d’un remeulage à la géométrie souhaitée.

L’opération de rechargement proprement dite d’un cœur de voie s’effectue par soudage. L’épaisseur du rechargement varie entre 5 et 15 mm en fonction de l’endommagement de la pièce. Il faut noter que le nombre d’opérations de rechargement ne doit pas dépasser 3 durant le cycle de vie de la pièce : en effet, le retour d’expérience montre que les modifications structurales consécutives à 3 réchauffements de la microstructure de base sont suffisantes pour induire des fissurations en provenance de la sous-couche, suite à la réparation. L’intervention demande entre 6 et 8 heures d’immobilisation de trafic ; il faut en effet enlever l’humidité, cureter la pièce, contrôler par ressuage l’état de l’affouillement, recharger, meuler, et de nouveau contrôler par ressuage la table de roulement après meulage. Dans le cas d’un défaut majeur (fissure ou usure très importante) et/ou un emplacement stratégique dans la voie, le cœur peut être remplacé immédiatement. Toutefois, et c’est un des avantages des cœurs moulés en acier au manganèse par rapport aux cœurs assemblés en acier perlitique, la détection de fissure n’entraîne pas nécessairement une intervention d’urgence, sauf s’il y a un risque de perte de la portée de roulement, car les fissures se propagent beaucoup moins vite dans les aciers au manganèse que dans les aciers perlitiques.

1.4.2 Examen d’un cœur de voie rechargé

L’endommagement d’un cœur de voie fortement rechargé (rechargement à 13%Mn- 1%C), utilisé par la SNCF, a été étudié. Ce cœur a été remplacé après 10 ans de fonctionnement à cause de l’usure importante dans la zone de transfert et en particulier en

patte de lièvre (figure 1.21.a). La coupe transversale d’un échantillon de la patte de lièvre

présenté par la figure 1.21.b, montre la couche de rechargement déposée au-dessus du métal de base.

Figure 1.21 : Observation d’un cœur de voie présentant de l’usure en surface. a. zone endommagée et b. observation en microscopie optique d’un échantillon en coupe transversale.

usure

rechargement Matériau de base

a PDL3-1 PDL3-2 b

Pour ce cœur de voie (figure 1.21), des mesures de microdureté ont été effectuées sur

des échantillons prélevés en coupe transversale de la pointe (Pt-1 et Pt-2) et de la patte de lièvre (PDL3-1 et PDL3-2) et présentés par la figure 1.22. L’évolution en profondeur à partir de la surface de roulement est comparable entre les différents échantillons avec une moyenne équivalente de l’ordre de 450 HV pour Pt-1, Pt-2 et PDL3-1. La moyenne des microduretés mesurées varie en fonction de la zone de prélèvement. Ainsi on remarque que l’échantillon PDL3-2 prélevé sur la patte de lièvre possède la plus faible niveau de dureté (390HV). Ces différences de dureté peuvent s’expliquer par les différences de chargement des zones analysées. Plus la zone est chargée plus la dureté est élevée.

100 200 300 400 500 600 700 0 2 4 6 8

Distance à partir de la surface (mm)

Mi c ro d u re té H V ( 0 ,2 ) Pt-1 Pt-2 PDL3-1 PDL3-2

Figure 1.22: Evolution de la microdureté en coupe sur des échantillons du cœur de voie endommagé (figure 1.21)

Conclusion

Ce premier chapitre décrit le contexte scientifique et industriel de notre étude. Après avoir défini les cœurs de voies (fabrication, utilisation,…), nous nous sommes intéressés à la caractérisation macro et microscopique d’endommagements observés sur les cœurs de voie en service. Plusieurs cœurs de voie ont été ainsi caractérisés, mais il reste difficile de connaître le chargement subi en service. En effet, on peut avoir des sollicitations de type roulement, glissement et chocs, lesquelles conduisent à différents types d’endommagements tels que l’écrouissage, l’écaillage et la fissuration ou l’usure « douce ».

Afin d’augmenter la durée de vie de ces pièces, un vaste éventail de solutions possibles sont envisageables :

superficielle de la pièce ce qui pourrait favoriser sa fragilisation en service en reportant les déformations liées aux premiers passages des trains en sous-couche. De ce point de vue, le traitement de durcissement superficiel à l’explosif, utilisé aux Etats–Unis sur des réseaux où la charge à l’essieu est plus importante, semble efficace. Il en sera question dans le chapitre suivant.

• Le traitement thermique : est une solution qui peut s’avérer intéressante dans le cadre d’un

dépôt de revêtement ou d’une nouvelle nuance. En revanche, pour la nuance actuelle, le traitement thermique est optimisé au mieux et le champ d’intervention paraît limité.

• La géométrie des pièces : en jouant sur la géométrie des pièces on peut contrôler la zone

de contact et par conséquent les zones de concentration de contraintes. Cette solution reste à l’étude chez l’industriel car elle nécessite des échanges avec les clients. Elle n’entre pas dans le cadre de ce travail.

• Amélioration du matériau : c’est la solution retenue dans ce travail. En effet, la nuance

actuelle est utilisée depuis plus d’un siècle et elle n’a pas subi beaucoup de développements. Bien qu’elle remplisse sa fonction, elle présente désormais des limites avec l’augmentation du trafic (poids et fréquence), ainsi que les nouveaux éléments environnant les cœurs de voie (traverses en béton, bogies avec suspensions, etc…). Il est nécessaire de rechercher une nuance qui présente de meilleures propriétés mécaniques, notamment de résistance à l’usure.