ESSAIS DE TORSION
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Acier nickel au naturel . .
Ader nickel trempéaurou^e dansPhuile
Aciernlckdiri'nip" au ronge cOTiMdanarhaiie. . . .
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Acier nickellrempéetrecnil
Bonferaoudf
PROCâofcS DE FOBGBAGE DANS l'iKDUSTCIIB 39
l'eau pour bien dég^er les battitures que la pression a foitemeot impr^nées, ce qui motive l'usage du pilon.
Le lingot de section octogonale d'environ 1" de diamètre inscrit, s'il s'agit de quatre longueurs d'es«ieux, est amené à une section uniforme rectangulaire variant suivant le modèle d'essieu de 600 à 700 sur 300 à 400""". On impose des chutes de %S 0/0 et de 5 O/O. Le lingot est partagé dans la deniière chaude, puis chaque morceau est tracé de manière à indiquer l'excès de métal entre les deux coudes et â l'aplomb de chaque bout d'arbre (fig. 19). Le morceau réchauffé est présenté k la scie qui découpe et dégage d'abord chaque bout; ensuite on pratique les deux saignées entre les coudes; la Iroisième face est tranchée au pilon. Il ne reste plus qu'à régulariser les parties d'arbres, à les mettre à huit pans en les étirant quelque peu, puis à les étamper, à un diamètre de 200 à 230'"'", toutes opérations qui se font à an piton d'une dizaine de tonnes. Finalement les coudes sont maillés, les parties parées définitivement, l'excès de métal est découpé et l'essieu passe au four à recuire. Ce procédé donne lieu à un grand déchet, en partie utilisable pour pièces auxiliaires, mais il réduit tes chauffes et les opérations de foi^eage au minimum ; il évite de déplacer, outre mesure, le métal pour former les bouts d'arbres. Les vUebrequins sont dégagés à l'ajustage, «non, il faut dans deux ctianffeg supplémentaires, unepour chaque coude, découperàla baneheou à la scie le mêlai en excès au plus près des dimensions. Lorsqu'on étire le lingot au pilon, selon la puissance de l'outil (90 à 40'), il faut au moins deux chaudes par tronçon correspondant à un essieu ; il faut trois à quatre fois plus de temps qu'avec la presse.
tableau; nous ne pouvons cependant pas nous y arrêter daoï cette noie additionnrile. (Jain 1891.)
Ce aoQt des essais de torsloa qu'il faudrait imposer pour les esaieni cond^d«s locomotives et Dou pasdes essais de traction. Ces pièces Bubigaent de telles fatigues qae leur durée en service dépend beaucoup plus d» la doctililé dn métal que de sa ténacité.
40 PROCÈDES DE FORGEAGE DANS l'IKDUSTHIE
On conçoit que dans les grandes foires produisant les lingots, ceux-ci pourraient être rapidement étirés àun laminoir à quatre cylindres su ffisammenténei^quo. importe de ne pas admettre de IJDgols dont le côté est inférieur à 0'",6l)0 et le poids à S.OOO'* pour un essieu de 2.000^.
Souvent les bras des vilebrequins pour locomotives sont consolidés par des frettes en fer ou en acier (fig. 20} que l'on pose à haute température quand les bras sont finis d'ajustage. Les dimensions sont telles que la frette eserce un faible serrage suivant le petit axe du bras, la plus grande partie delapression devant se produire dans la directon du grand axe. La garantie imposée aux essieux de locomotive est ordinairement un parcours de âO.OOO'"" en trois ans au maximum.
La confection des arbres à plusieurs vilebrequins (fig. SI) est facilitée en \ës constituant par des tronçonsassemblés entre eux au moyen de plateaux ou brides venues de forge que l'on réunit par boulons et clavettes d'about.
Celte construction s'impose particulièrement pour les gros vilebrequins des machines marines dont les plateaux ont d<;s diamètres qui atteignent 1" à f.îO, des coudes de l^.SO à l-^.SO, des longueurs de 18 à W, des diamètres de O'",300 à 0'°,600. Les moteurs des grands vaisseaux donnent lieu  l'emploi d'arbres coudés pesant de 20 à 40' et exigeant des lingots dont le poids dépasse 100' (1).
Ces gros arbres coudés se font, autant que possible, avec des lingots comprimés en lingoLîère, On les ébauche de prëfërencc à la presse plutôt qu'au pilon ; mais celui-ci convient mieux poulie finissage. Ils exigent les cagins les plus puissantsdes foires; des marteaux de SO à 12S' (2|, des presses de4.000 à 14 000'.
(1 ) Le sl«amer Pilgrin {Élats-Unis, 1893) a un arbre à condea multiples pesant 39' ,5; le poids du lingot était dj 112'. Cet arbre est du t;pe creux. (2) Le marteau de 13li' de Bethléem (Élata-Unia) a forgé le gros arbre de la roue Ferris qui figurait à VEi position de Chicago (1893) et dont les dimensions sont ; longueur 13',3!â; diamMre extérieur, 0*,813; diamètre intérieur, 0'",393.
PROCÈUÉS DE FOBGEAQK DANS LIHDUSTBIE 4[
Certains établissemeats ont des ateliers spécialement organisés pour le forgeage des arbres d'hélice, ou pièces analogues de fortes dimeasioos.
La coasiruction des arbres vilebrequins douae lieu à un grand déchet de mêlai, lia arbre plein, en trois tronçons assemblés, pesant 40* achevé, peut peser en venant de forge 60'.
On préconise actuellement pour les gros vilebrequiDS la section annulaire qui permet, pour une résistance déterminée, de réduire le poids final, de parer aux éventuahtés des défauts que présente une forte épaisseur de métal fondu.
Les bras de ces vilebrequins restent pleins, mais l'évidement a lieu pour le tourillon du coude qui est percé d'outre en outre, de même que les tronçons de l'arbre ()ig. 24). Le vide a un diamètre égal à la moitié du diamètre extérieur. Ainsi, Whitworlh adopte, par exemple, pour unarbre de O'»,620 de diamètre eïtérieur à l'endroit des tourillons, un diamètre intérieur de 0',310. Un tel arbre, pesant 47.000"^ étant achevé, a exigé uq lingot d'acier comprimé de lâO'. Le perçage se fait évidemment après achèvement des diverses parties, mais en ménageant la possibilité de donner un étampage et un parage général sur mandrin intérieur, et cela afin de serrer fortement le métal du centre. On a soin d'examiner de très près les copeaux de perçage en vue de constater s'il n'ejtiste pas de tapure ou autre défaut dans la pièce. C'est afin de vérifier le cœur que certains irbres, où autres pièces analogues, sont forés d'un trou longitudinal de diamètre relativement faible.
Avant d'être livrées à l'ajustage, ces pièces d'acier sont longuement recuites et subissent une ou deux trempes douces à l'huile pour augmenter l'élasticité du métal (1).
On adopte généralement pour ces vilebrequins des aciers
(11 Le chauffage de k pièce se fait dans un four \erlical pour miens répartir la lempérature. De mËme, la trempe a lieu dans ud puits dont la profondeuratleinl jusqn'àîO-. On éïunie la surface du bain afin d'empêcher l'huile des'endammer.
doux présentant une résislance à la traction de SO à 85*8 par millimètre carré, et depuis peu des aciers au aickel à limite d'élasticité élevée.
Les aciers manganèses sont recherchés à cause de leur grande duclilité et de leur dureté relative après trempe à l'huile, qui limilcrusuredestourillonsclajoute aux propriétés de résistance.
Les arbres coudés creux de petites et moyennes dimensions proviennent de lingots étirés en tubea (fig. 22). Les parties courbées sont renforcées par refoulement; ou mieux, on les ménage à l'étirage, en ayant soin de tenir lesparois, qui s'allongent au coudage, plus épaisses que les parties comprimées. Le coudage se fait à la presse, dans des matrices en plusieurs parties qui se rapprochent simulumément sous l'action de plusieurs pistons, de manière h agir progressivement en maintenant le mêlai afin que la section ne se déforme pas outre mesure. Les matrices sont encore disposées comme figures 23 et 2i, parfaitement ajustées et guidéesavec parties facilement rechangeables.
Les traverses forgées sont des pièces analogues à des axes ou des leviers à bras droits ou coudés ; les principaux types sont représentés planche 4, figure 25.
Ces oignes doivent être exécutés en bon fer de riblons ou en acier fondu doux martelé, pressé; s'ils sont en acier coulé, le travail de forge se réduit à des recuits et trempes à l'huile.
Une traverse en fer est prise dans un lopin de dimensions transversales un peu supérieures à celles de la douille principale ou du tourillon de plus grande section, qui se trouve généralement au milieu de l'organe. Cette pariie est dégagée ii la chasse et à l'étampe, et les bras, symétriques le plus souvent sont étirés en ménageant aux extrémités et en des points inter médiaires, s'il y a lieu, les renflements pour former les douilles ou les collets des tourillons.
PROCÉDÉS DE FOKGBAtiB DANS l'HDDSTRIB i3
Les trûiis vleoDeot pleias ou, exceptionncllemenl, ils sont poinçonnés à chaud pour donner suflisamcneat de métal à la lête percée.
Si les tôtes sont coudées, l'ébauche est étirée en prolongement du bras, en ménageant un icnflement suffisant pour l'angle du coude (fig. S6}.
4iill»*lèrcs, crosses, cBalIsBcaai, c«aUaB*s.
Ces organes se footordinairementenfooteouen acier coulé. Ce n'est guère que dans les locomotives qu'on adopte des glissières, des coulisses et des coulisseaux forgés en Ter Un ou en acier doux.
Les glissières ont leurs pattes d'allache (fig. 2T) dégi^ées dans une barre étirée à dimensions et suivant le profil de l'élément, ce qui n'offre rien de particulier.
Une coulisse ordinaire d'une seule pièce est d'abord ébauchée pleine (tracé pointillé fig. 28) ; deux trous sont p^^s Ters chaque tête, puis la pièce est fendue, ouverte, cintrée suivant gabarit.
Les trous des têtes sont ou non dégagés à la fNge. Si les (^s ou t&es d'attache sont disposés sur le calé, on ménage des renSements correspondant à l'étin^ ou au façonni^ de l'ébauche.
Les coulisseaux sont des blocs pleins éb.iuchés à la forme déterminée. De même les corps de crosses, dont les tourillons ou tétons de coulisseanx, sont de préférence ménagés dans la masse.
Si ces pièces sont en fer, elles sont cémentées après ajustage et trempées à la sortie du four. En les faisant en acier demidur, on peut également appliquer la cémentation pour obtenir une trempe superficielle suffisamment dure.
r-ROCÉUÉS DE FORGEAQE DAKS L'INDUSTRIE
Les guides et supports des roues de véhicules appelés rails peuvent présenter des profils divers et des dimensions assez variables en section et en longueur.
Nous n'avons pas A ^re ressortirles avantages ou les incoQvéutents des formes adoptées ou proposées et dont les principales sont représentées figure t, planche S.
Les rails se font en fer (1) ou en acier. La production des rails eu fer se restreint de plus en plus; l'acier converti au Bessemer Étant, pour la plupart des applications, le seul métal adopté actuellement.
Avant d'employer l'acier converti, on avait fabriqué des rails en acier puddié forgé (2), puis en acier fondu au creuset (3). Hais le prix élait trop élevé et les rails en acier étaient peu répandus encore vers 1 867, Avec l'acier fondu au Bessemer, la production devint économique.
En 1873, le rail en acier est reconnu le plus ralionnel et sa fabrication se développe. Aujourd'hui, l'adoption de ce mélal est devenue générale ; c'est ainsi que le rapport de la production du rail en fer à celle du rail en acier est lombéâ moins de 1/200.
L'importance de la fabrication des rails est telle qu'elle représente environ les 70 0/0 de la production totale de l'acier préparé en lingots.
On adopte des aciers convertis à teneurs en carbooe variant de 0,25 à 0,35; en manganèse, 0,30 à 0,90.
(1) Les premiers rails enfer forgé de Suède fureal employés par Georges StephensoD aux mines de Killingworth, en 1810; ils étaient forgés, étamp^au marteau et comportaient des longueurs d'environ 1",50. Le prix de la tonne était de 300 francs. Actuellement, le rail en acier coûte IbO francs la tonne.
(2) Appliqué en premier lieu buk usines de Mersej (I8a7).
(3) Les premiers rails d'acier fondu remontent à 1860. Les rails en acier puddié et en acier fondu seiTaient particulièrement pour les changements
PROCÉDÉS DE FOBflBAGE DANS l'iNDUSTRIB 45
Les procédés d'obtention des rails de fer ou d'acier ne diflËrent que dans la préparation des paquets pour les premiers et des lingots pour les autres.
On enaployait généralement, pour les paquets des gros rails, deux qualités de fer : du fer brut pour le corps du paquet, du fer corroyé dur à gnûn fin pour les surraces de roulemont, du fer corroyé nerveux pour les patins ou couvertes de côté.
Les paquets pour rails en acier puddié comprenaient de l'acier cristallin pour les parties supérieures et inférieures de la pièce, du ter fibreux il l'intérieur et entre ces éléments on disposait de l'acier de qualité intermédiaire pour obtenir un soudage facile dans la masse.
On préconisait, pour la couverte supérieure des boudins, une mise à éléments soudés sur champ, afin de prévenir l'exfoliatioQ que produit une mise ordinaire soudée sur plat. Les paquets ainsi constitués par des fers ou aciers de nature différente éfaient difficiles à bien souder. Ils affectaient les dispositions ^gwei S et 3.
Pour un rail de G" de longueur pesant Zi^ par mètre courant, le paquet avait les dimensions : O^.aW X «".lOO x 1"',100; il pesait environ 260"'; les bouts, dëcbets, pertes au feu étaient estimés à 60^.
EamoyeDue, pourrailsen fer, encore employésdansles petites Toies de tramways ou autres, on estime que pour 1 00"* de rails il (aut 130"» de fer en paquet dont 14"* pour les chutes et 16"« pour la perte au travail et au chauffage.
Le paquet est étiré en une ou deux chaudes; le deuxième chaude est donnée après la deuxième passage en vue d'assurer une bonne soudure.
Le laminage comporte cinq à huit passages en cannelures ébancheuses et soudeuses dans un premier train et cinq à Kpt passages dans les cannelures du train finisseur. L'opération est rapide, il suffit de quelques minutes.
Les cylindres ont 0",430 à fl^jSOO de diamètre; r.îO à
ità PROCbÉti DE FOUGIAGB DANS l'iNDUSTHIE
1>°,S0 de loDgueur. Les cKoaelures finisseuses sont disposées comme l'indiquent les figures 6 ei7.
Les rails Brunel-Barlow (fig. 6), ayvti une hauteur moindre que leur largeur, se laminent sur hauteur : ceux idouble champignon ou à patin (Vignole), dont la hauteur est plus grande que la largeur, sont laminés sur plat (fig. 7).
La sectiun est donnée aux forges par des calibres qu'il taat suivre au plus près possible.
Pour établir la dernière cannelure, il est nécessaire de tenir compte du retrait (environ 1 0/0), de la pression des cyhodres, de l'expansion du métal provenant de l'élasticité, du soulèvement des cylindres. Ou arrive à régler exactement cette canne- Lre par des essais préalables.
II convient de ne donner qu'une très faible pression dans la cannelure finisseuse qui doit rectitier le profil plutôt que produire de l'allongement.
L'étirage varie de ©".âO à 0°", 10 des premières aux dernières cannelures dont la forme et la section sont réglées suivant la loi de décroissance, la forme du rail et la nature du mêlai. Les figures 8, 9, 10 et 13 montrent divers types de cannelures pour cylindres duos et trioi.
Les cylindres finisseurs pour rails à gorge ou à boudin à nervure employés dans les voies des tramways sont disposés {fig. 11) (1) de manière à éviter le laminage sur la h^jteur totale du rail, c'est-i-dîre que pour éviter les frottements prononcés dus à des cannelures profondes et pour permettre néanmoins de laminer les gorges, le laminage se fail sur direction oblique en donnant la dépouille nécessaire aux nervures, en les écartant sulfisamment au moment de leur proûlage dans les deux cannelures du milieu, puis en les rapprochant, les resserrant en position déterminée par le passage dans la dernière cannelure où il n'existe pas de contact dans les gorges.
(1) Brevet Pkirk, 5 mai 1885, Engineering, 18 juillet 1885.
Les deux premières caunelures ébaucheat siDipIement le bcHidin, le rail passant sur plat.
Pour finir le rail du type Brooâ, la Société des mioeset usines du Nord et de l'Est a adopté la disposition /îjure /i (1), qui comprend l'adaptation de deux galets GG' sur le prolongement des axes des deux cylindres d'un trio.
Un troisième galet G" à axe vertical est disposé pour déga- ^r la cannelure du boudin de rail.
Ce galet G" peut être commandé par deux pignons coniquis PP'; mais il est préférable de le laisser tourner par entraînement du rail qui se trouve :iinsi saisi entre trois galets lui donnant la forme finale voulue.
Cette combinaison convient très bien à titre auxiliaire,' mais, pour une fabiication imporlaate et de longue durée, il est préférable d'adopter des cylindres combinés tels que ceux du laminoir précédent, ou du laminoir Flolat indiqué à la fabrication des fers profites divers.
Lorsque l'étirage de toutes les parties de la section est bien réglé, le rail à rainure simple ou double ^îort du laminoir en ligne droite, sans nécessiter de guide redresseur. Il faut une grande expérience pour arriver du premier coup à régler les cannelures. Le plus souvent, pour un modèle donné, il y a lieu de tâtonner plus ou moins pour obtenir cette rectitude caractéristique d'un bon laminage que facilite aujourd'hui l'emploi des aciers ductiles.
liaiU en acier.
bans les premières années de la fabrication, les rails d'acier étaient obtenus par des laminoirs analogues à ceux pour rails enfer, qui ne nécessitaient qu'une paire de cylindres ébaucheura et une paire de cylindres finisseurs, tandis qu'il fallait quatre
(1) Brevel (iu3 juillet 1819.
48 PROCÉDÉS DE FORGBAGE DADS LINDOSTRIE
paires de cyliadres pour les rails d'acier et cela à cause de la température moins élevée que supporte l'acier eL de sa plus grande résistance à la déformation. On appliqua ensuite le train universel à. changemeut de marche et à pression pour l'ébauchée.
Le lingot élait saisi entre les cylindres auffisamment écartés (fig. i4) {{). Le cylindre supérieur s'abaissait pendant que le lingot passait dans la cannelure èbaucheuse autant de fois, aller et retour, qu'il était nécessaire pour amener les cylindres en contact (fig. 13). De plus, les deux cylindres &. aiea verticaui comprimaient le rail à l'ébauchage. Puis le rail passait successivement dans les cannelures finisseuses, non munies de cylindres verticaux. Cette disposition du train a été abandonuée et l'on adopte les divers modes de travail que nous allons signaler.
Les dimensions des lingots varient avec la puissance des laminoirs, le poids de la pièce qui doit rester maniable, la nécessite de Unir le rail en un nombre de passfiges déterminé correspondant au travail en une ou plusieurs chaudes.
Les lingots figwe 4 ont de 0",30 à 0",50 au gros bout, 3 à 5™ de moins au petit bout et 1"',50 à 2° ou plus de longueur, le poids variant ainsi de l.OOO k iMQ^^. Ces lingots correspondent à trois, quatre, cinq... ou huit rails de 9 à li" de longueur et pesant de 25 à iS""» par mètre courant. La dimension la plus courante comporte des lingots de O^iâS pour quatre rails.
L'expérience montre qu'on peut obtenir un bon rail dont la
section est de 4.000»"", avec un lingot de. 300 x 300, soit
TO.OOO"™', ce qui correspond à un étirage ou corroyage de
90 000 . j, „ = 22,3, Le poids des lingots est calculé pour tenir
compte des chutes.
On pourrait facilement obtenir de'î lingots proQlés tels que
(1) Brovet Marrel, 29 février 1868.
PROCÉDAS DE FOAGEAGB DANS l'iHDUSTRIE 49
œux figitre 16, mais oa préfère soumettre le métal i. un fort laminage pour resserrer le grain et assurer rhomogénéilé.
Les lingots sont ébauchés au train blooming ea blooms carrés de 0",15 à 0",20de côté, que l'on coupe à la tranche, an pilon, à la scie ou à la cisaille, en tronçons que Ion réchauffe au blanc orange et qu'on livre au train finisseur composé de deux ou trois cages trios, ou à un train réversiijle.
Les lingots pour deux ou trois longueurs sont passés au dégrossisseur et au finisseur sans être réchauffés. Il faut de quinze à vingt passages en totalité entre les cylindres.
Certaines usines passent au finisseur un rail toutes les trente secondes et obtiennent une production qui atteint jusqu'à 1000' de rails en vingt-quatre heures (1). Il y a ordinairement deux rails engagés simultanément, un dans chaque cage du finisseur s'il est bio. Le lopin dégrossi passe dans une douzaine de cannelures ou plus disposées comme l'indiquent tes ^uresij, 48, t9el20.
Souvent le laminage a lieu en une chaude en quadruple Ht même en quintuple longueur; il faut des laminoirs puissants, réversibles, actionnés par des moteurs à deux ou trois cylindres de 2.000 à 4000 poncelets et plus.
La température à laquelle se fait le laminage a ime grande impoilance sur la qualité des rails. Il ne suffit |>as qu'elle soit également répartie, il faut encore que les barres ne soient pas trop chaudes au début de l'opération, ni surtout trop froides i la fin. Il se produit, dans ce dernier cas, des tensions moléculaires qui peuvent rendre cassant un acier dont la composidon est bonne. Certaines forges préfèrent laisser refroidir les lingoLt avant dégrossissage pour ensuite les réchauffer. On obtient ainsi une répartition de la chaleur meilleure en ce sens que la p^e centrale est moins chaude que vers la surface, ce qui convient mieux pour le laminage. Cependant, le lingot est
(1) Les ui
CO l'ROCËDES VK fORGEAGE DANS L'INDL'STHIK
souvent passé au bloomi iig après une slalioa de quinze ivingt minutes dans des fosses de Gjeraoudansdes fours à réchauffer, où on les place debout, ce qui donne une chauffe plus égale. Chaque chaude donne lieu à un déchet qui varie de 2 à 4 0/0.
Le réchauffage de blooras froids pour rails dure quatre à cinq heures; pour les blooms chauds, la durée est d'environ deux heures.
Si le bloom est martelé, un pilon de t5' peut en préparer par jour de 300 à400, et alimenter un traindébilant "iOÛà 800 rails.
Au début de la fabrication des rails d'acier, on prenait, par exemple, pour un rail de 5'°,5'J de longueur pesant SS*"* au mètre courant, un lingot de 0",80 de longueurà section carrée moyenne de O^.Sl de côté qu'on réduisait au pilon de iù' à Û^.IS de côté et I^.ÔO de longueur. Puis la pièce était réchauffée et laminée en dix à quinze passages.
Les r£Ùlsdemoyennesectiondonnentlieu<l trois réchauffages. Une première chaude pour les passages du lingot dans un dégrossisseur réversible.
Les extrémités ou chutes sont ensuite coupées à la tranche au pilon ou à la cisaille et rejetées dans le convertisseur. On compte environ 80 à 100''* de chutes par tonne, avec des lingots à trois rails. L'ébauche est réchauffée, puis passée dans un deuxième train dégrossisseur. La pièce est alors coupée en morceaux de l^.SO environ de longueur, que l'on réchauffe une troisième fois et que l'on fait passer dans le train fuiisseur.
Lorsqu'on veut éviter la troisième chaude, le rail est laminé en double ou triple longueur, laquelle peut atteindre 2l) à 30" et plus (1).
Le laminée d'un rail peut, par exemple, donner lieu à la notation des éléments suivants [i] :
(1) A rExposiiion Je 1818 du Paris, les forgea Ae. Scraiog montraient un rail de 55" de iongnear, laminé directement du liugot sans réchaufCige intermédiaire.
PROCÉDÉS DE FORâEAGS DANS L'INDUSTRIE 31
A. — Lingot.
Poids lus""
Longueur I^.ISO
Base 345"» x SiS"-
Sommet 300-"" x 300»-"
B. — Bhoming.
Longueur du lingot après les passages successifs :
1"* cannelure I^.ISO — i^.^âO à l'",300, 3 passages 2= ~ i",400— l",561 2 —
3' — l^.SoO— 1",750 2 -
k" — l^gOO — 2",260 2 -
5« — 2" ,420 — S-.IOO 2 --
Nombre total de passages 11
Le lingot quittant le blooming a donc une longueur de â^.TOO. La section est de 196""" X 196'°"'.
