Usure des roues de TGV : une approche de type allliage forcé

par Grégory Saint-Ayes

Thèse de doctorat en Science et ingénierie des matériaux

Sous la direction de Gérard Le Caër.

Soutenue en 2004

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Cette thèse a pour objet les défauts de circularité (AEL) qui apparaissent sur les roues ferroviaires et qui nécessitent des contrôles périodiques et des reprofilages fréquents pour les éliminer. La thèse a pour but de déterminer l’origine des AEL et de développer un test accéléré afin de comparer différentes nuances d’acier. Pour cela nous avons utilisé la méthodologie des alliages forcés, qui a montré, dans le cas de matériaux soumis à des sollicitations répétées (irradiation, broyage), que des transformations de phase sont possibles suivant la valeur d’une intensité de sollicitation. Dans un premier temps nous avons défini une intensité de sollicitation dans le cas de la roue. Puis nous avons réalisé une étude métallurgique sur plusieurs roues, qui a mis en évidence la présence d’une transformation métallurgique de l’acier en surface de la roue. Celle-ci entraîne l’usure de la roue par un mécanisme cyclique comprenant la transformation, la fissuration puis l’élimination du matériau. Le développement des AEL provient d’une vitesse d’usure localement plus élevée, qui pourrait avoir comme origine une irrégularité de forme ou une hétérogénéité microstructurale de la roue. Puis, un test accéléré a été développé, en utilisant le broyage à haute énergie, afin de comparer différentes nuances d’acier. Celui-ci nous a permis de déterminer et de comparer les cinétiques de dissolution de la cémentite et de montrer qu’elle contrôle la vitesse d’usure du matériau. Parallèlement, des essais miniaturisés, ont permis de reproduire partiellement la transformation métallurgique observée à la surface des roues, et ont mis en évidence l’importance du cisaillement dans la transformation du matériau

  • Titre traduit

    Wear of high speed train wheels : a driven alloys approach


  • Résumé

    Circularity defects (AEL) appear in railway wheels during running. These circularity defects require periodic controls and machinings to eliminate them. The aim of the study is to determine the origin of the circularity defects and to developpe an accelerated test to compare different steels. For this study, we have used the concept of driven alloys which as show, for materials submitted to repeated stresses, that phase transformation occurring, depend on the value of an intensity of forcing. First of all, we have defined and calculated an intensity of forcing for the wheel. Next, we have performed a metallurgical study of several railway wheels, and we have shown a metallurgical transformation at the surface of the wheels, characterized by a transformed layer with metallurgical properties very different from those of the bulk steel. The wear of the wheel is due to a cyclic mechanism including metallurgical transformation, cracking and tearing off of the transformed material, and the increase of the AEL is due to a locally faster wear rate, caused by a shape defect or a microstructural heterogeneity. An accelerated test, based on high energy ball milling, has been developed to compare different steels. We success to determine and compare the cementite dissolution rate and we show that the cementite dissolution control the material wear rate. In the same way, attempts were used to simulate the wheel-rail contact. A metallurgical transformation, similar to this observed at the surface of the wheel, was obtained, and shows that shearing is necessary to obtain the metallurgical transformation of the material

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Informations

  • Détails : 1 vol. (179 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 156-164. Résumé en français et en anglais

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2004 SAINT-AYES G.
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