1. Contexte du marché

La France dispose d'un réseau ferroviaire dense combinant des lignes à grande vitesse, des liaisons interurbaines, des tramways et des systèmes de métro. Cela crée des exigences strictes pour les véhicules de maintenance de caténaires et de voies, qui doivent fonctionner en toute sécurité et de manière fiable sur des lignes fréquentées et dans des environnements de triage complexes.

Bien que ces véhicules ne roulent pas à très grande vitesse, ils travaillent sous de lourdes charges, des cycles fréquents de démarrage et d'arrêt et de forts impacts latéraux. Les roues en acier des rails doivent non seulement supporter le poids du véhicule, mais aussi résister aux chocs répétés dans les courbes, les aiguillages et les chantiers.

En vertu des normes de sécurité françaises et européennes strictes, les équipementiers de véhicules ferroviaires et les intégrateurs de systèmes recherchent généralement des roues qui offrent :

• Une capacité de charge élevée et une dureté de surface élevée pour assurer la résistance à l'usure et éviter l'écaillage des boudins ;

• Des tolérances dimensionnelles serrées pour un ajustement précis avec l'écartement des voies et les boîtes d'essieux, évitant les défauts d'alignement et l'usure inégale ;

• Des enregistrements traçables des matériaux et des inspections pour soutenir la certification par des tiers et l'acceptation des projets à long terme.

Dans ce contexte, le client souhaitait un fournisseur fiable de roues de rail en acier forgé à chaud de 12 pouces, à utiliser sur les véhicules de maintenance desservant la France et d'autres marchés européens.

2. Profil du client et application

• Type de client : Fabricant/intégrateur de véhicules de maintenance ferroviaire basé en France ;

• Application : Véhicules de maintenance de caténaires et de voies, voitures d'inspection, chariots de transfert ferroviaire ;

• Conditions d'exploitation :

  • Vitesses de fonctionnement faibles à moyennes, mais charge lourde continue ;

  • Accélérations et freinages fréquents, passage d'aiguillages et de courbes serrées à basse vitesse ;

  • Fonctionnement en extérieur par tous les temps avec exposition à la pluie, à la neige, aux variations de température et à l'humidité ;

• Principaux points sensibles :

  • Certaines roues en acier moulé précédentes ont montré une durée de vie insuffisante et une tendance à se fissurer sous l'impact ;

  • Les véhicules de maintenance ont des horaires serrés, de sorte que le remplacement fréquent des roues entraîne des temps d'arrêt prolongés et des coûts de cycle de vie plus élevés ;

  • Le client avait besoin de roues avec une dureté et une ténacité plus élevées, combinées à des tolérances serrées et à une inspectabilité complète.

3. Notre solution (produit + configuration technique)

Pour répondre à ces exigences, nous avons fourni un ensemble dédié basé sur des roues de rail en acier forgé à chaud de 12 pouces, en matériau 4140, avec une dureté d'environ 490 HB. Les principales caractéristiques sont :

1. Matériau et conception des roues

   • Utilisation de l'acier allié 4140 forgé à chaud, suivi d'une trempe et d'un revenu, pour obtenir une dureté de la bande de roulement d'environ 490 HB avec une bonne combinaison de résistance et de ténacité ;

   • Des matériaux alternatifs tels que C45, C50, 65Mn, 42CrMo, 4340, 34CrNiMo6 sont disponibles pour différentes classes de charge et conditions d'exploitation ;

   • Des roues de rail en acier à simple et double boudin sont proposées pour s'adapter aux rails standard et aux profils de rails spéciaux.

2. Dimensions et capacité de charge

   • Roues de rail forgées standard de 12 pouces (~300 mm), avec une plage de diamètres plus large incluant 300 / 350 / 400 / 450 / 500 / 900 mm, permettant des conceptions basées sur des plateformes sur différents véhicules ;

   • La capacité de charge par roue peut être personnalisée de 1 à 300 tonnes, couvrant les véhicules d'inspection légers jusqu'aux wagons ferroviaires lourds ;

   • Disponibles en essieux pleins ou creux, selon le poids et les exigences de montage.

3. Traitement thermique et contrôle de la dureté

   • Séquence complète de traitement thermique de normalisation et de trempe et revenu (Q&T) pour chaque roue ;

   • Un durcissement de surface et de boudin est appliqué, avec une profondeur de couche durcie de 5 à 20 mm, assurant une bande de roulement dure et résistante à l'usure avec un cœur résistant ;

   • Des fours de normalisation automatiques et suspendus sont utilisés pour garantir une cohérence d'un lot à l'autre.

4. Ensembles d'essieux et usinage de précision

   • Des essieux complets peuvent être fournis, comprenant deux roues, un essieu, quatre roulements et les composants associés, selon les dessins du client ;

   • L'alésage de la roue peut être usiné avec une précision de 0,01 mm, assurant un ajustement optimal avec les essieux et les roulements, minimisant l'excentricité et les vibrations en service.

5. Capacité de production et système d'inspection

Nos installations couvrent l'ensemble de la chaîne, de la fusion de l'acier, du forgeage, du laminage en anneau, de l'usinage brut et du traitement thermique à l'usinage de finition. L'équipement clé comprend :

• Tours verticaux, centres d'usinage, machines CNC multifonctions, tours CNC et machines de perçage/fraisage pour la finition ;

• Marteaux pneumatiques, presses, machines de laminage en anneau, fours à gaz naturel et électriques pour le forgeage ;

• Fours de normalisation automatiques et machines de grenaillage pour le traitement thermique et la préparation de surface.

Le contrôle qualité est soutenu par :

• Tests de dureté (Rockwell et Brinell), tests de rugosité de surface et de concentricité ;

• Tests par ultrasons (UT) et tests par particules magnétiques (MT) pour la détection des défauts internes et de surface ;

• Examen métallographique et analyse de la composition chimique ;

• Des inspections internes et par des tiers peuvent être organisées selon les besoins.

4. Retour d'information du client

Après plusieurs lots en service, le client français a signalé que :

• Dans des conditions comparables, les roues forgées à chaud 4140 offrent une durée de vie significativement plus longue que leurs précédentes roues en acier moulé, avec une incidence plus faible d'écaillage et de fissuration des boudins ;

• Les diamètres des roues, les profils des boudins et les dimensions des alésages sont constants d'un lot à l'autre, ce qui réduit le temps d'installation et les travaux de réglage ;

• La documentation pour la traçabilité des matériaux et l'inspection est complète, ce qui facilite les audits de sécurité locaux et européens et les approbations de projets ;

• Différentes options de boudins, diamètres et capacités de charge peuvent toutes être produites sur la même plateforme de processus, ce qui simplifie la gestion de leurs pièces de rechange.

Le client a décidé de conserver les roues de rail en acier forgé à chaud de 12 pouces 4140 / 490 HB comme choix préféré pour les prochains projets de véhicules de maintenance de caténaires et de voies.

5. Résumé

Pour les véhicules de maintenance de caténaires et de voies fonctionnant sous de lourdes charges et des impacts fréquents, les roues de rail en acier allié forgé à chaud offrent des avantages évidents par rapport aux roues moulées :

• Le forgeage affine la structure du grain et réduit les défauts internes, ce qui conduit à une meilleure résistance et ténacité globales ;

• Une trempe et un revenu appropriés, combinés à un durcissement de surface contrôlé, fournissent une bande de roulement résistante à l'usure avec un cœur résistant ;

• Un système complet de production et d'inspection permet de fournir des roues cohérentes et traçables aux marchés exigeants tels que la France et l'UE élargie.