МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ

ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Крылов С.В.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Уральский государственный университет путей сообщения»

Колледж железнодорожного транспорта

Для создания подвижного состава (ПС) нового поколения, отличающегося

высоким

техническим

уровнем

и

надежностью,

используются

наиболее

экологичные конструкционные материалы.

1.Конструкционные стали

На протяжении десятилетий сталь оставалась и пока остается основным

материалом в производстве железнодорожного ПС. Облегчение конструкции

ПС обеспечивается специально подобранными сортами стали и применением

современных технологий. Сталь как один из наиболее удобных материалов для

создания

облегченных

конструкций

имеет

преимущества:

относительно

невысокая стоимость, достаточную прочность, в том числе усталостную, и

пластичность,

высокий

модуль

упругости,

хорошую

обрабатываемость

и

свариваемость, хорошие экологические показатели.

До

конца

50-х

годов

прошлого

века

основным

конструкционным

материалом в СССР была углеродистая сталь марок 3,15,20.

С 1960 года началось широко использование низколегированных сталей, а

так же близких им по составу, таких как 03Г2С,10ГГ2С1 и других.

В

настоящее

время

для

изготовления

сварных

конструкций

из

низколегированных сталей ГОСТом Р53192-2008 предусмотрено применение

низколегированных сталей 09Г2,092ГД и др.

Эти

стали,

применяемые

для

конструкций

из

сварных,

клепочных

и

болтовых

соединений

используется

в

основном

без

дополнительной

термической

обработки.

Низколегированные

малоуглеродистые

стали

(с

содержанием углерода 1,2 % и включающие 2-5 % не дефицитных легирующих

элементов)

экологически

целесообразны

и

обладают

существенными

преимуществами по сравнению с обычной углеродистой сталью: более высоким

временным сопротивлением разрыву и текучести, пониженной склонностью к

механическому

старению,

большой

ударной

вязкостью

при

отрицательных

температурах, относительно небольшой чувствительностью к концентраторам

напряжений, повышенной износостойкостью и, что особенно важно, хорошей

свариваемостью и низким порогом хладоломкостью.

2.Новые материалы на основе стали

1

На железных дорогах всё большую значимость придают уменьшению

массы

ПС,

сокращению

расходов

в

расчете

на

вес,

срок

его

службы,

повышению сопротивляемостью при столкновении.

Учитывая

потребности

отрасли

транспортного

машиностроения

в

применении

новых

улучшенных

материалов

для

строительства

вагонов,

разработана новая технология производства проката для строительства кузовов

грузовых вагонов нового поколения.

Новый

вид

проката

изготавливается

на

базе

традиционных

низколегированных сталей, марок 09-12Г2С (Д) и 12ХГС(Д) с применением

специальных экологичных видов легирующих композиций и модификаторов с

незначительной корректировкой процесса выплавки, разливки и прокатки .

Прокат

из

данных

сталей

отвечает

требованиям

ОСТ32.153-2000

для

кузовов вагонов нового поколения и имеет следующие характеристики:

-предел текучести в горячекатаном состоянии не менее 390 МПа;

-сопротивление

усталости

на

30%

выше

по

сравнению

со

стальным

прокатом, применяемых в вагоностроении в настоящее время;

-хорошая свариваемость в условиях производства и ремонта.

В

последнее

время

металлургической

промышленностью

различных

стран

разработан

и

освоен

выпуск

новых

сортов

стали.

Примером

может

служить перспективная нержавеющая сталь аустенитного класса марки Н700,

отличающая высокой прочностью, которая даже повышается при небольших

деформациях в холодном состоянии. Эта особенность стали Н700 вызывает

большой интерес у разработчиков автомобильного и железнодорожного п.с. , в

частности

с

точки

зрения

производства

облегченных

конструкций.

Сталь

хорошо

сваривается,

особенно

способом

лазерной

сварки,

имеет

высокие

показатели предела текучести при растяжении.

Высокопрочную

износостойкую

сталь

марки

«Хардокс»

(HARDOX)

выпускает шведская компания «ССАБ»

«Хардокс» - семейство марок сверхновых сталей, обладающих высокой

стойкостью к износу.

3.Алюминий и его сплавы, применяемые при изготовлении ПС

К приоритетным материалам, которые востребованы при строительстве

вагонов в 21 веке, прежде всего, относится алюминий. Сегодня алюминий

занимает лидирующее положение среди конструкционных материалов и имен

хорошие перспективы на будущее.

Переход парка ПС с тяжелых стальных (23т.) на легкие алюминиевые

(14,85 т.) имеет большие перспективы. Это даст существенную экономию за

счет повышения грузоподъемности, уменьшение нагрузки на железнодорожное

полотно и снижения энергозатрат. Кроме того, алюминий обладает высокой

коррозийной устойчивостью, что значительно повышает срок службы вагонов

из алюминиевого профиля. Увеличивается на 60% пропускная способность

дорог, улучшается безотказность пассажирского транспорта, изготовленного из

полумягких сплавов. Сегодня в Европе 80% пассажирского вагоностроения

приходится на вагоны из алюминия.

2

Алюминий - один из легких конструкционных материалов, его плотность

2,7 г/

. Чистый алюминий имеет невысокую температуру плавления (657°С),

низкую

твердость,

высокую

пластичность,

обладает

высокой

коррозийной

стойкостью к воздействию воды и кислот. Коррозийные свойства объясняются

высокой

химической

активностью

алюминия,

он

быстро

окисляется

с

образованием

поверхностной

пленки,

которая

имеет

свойство

алюминия-

высокая пластичность и деформируемость; он хорошо подвергается обработке

давлением в холодном и горячем состоянии.

Алюминиевые

сплавы

имеют

малую

пластичность

(2,5-3,0

г/

),

в

сочетанием

с

хорошим

механическими

свойствами

и

удовлетворительной

устойчивостью против окисления. По своим прочностным характеристикам и

износостойкости они уступают сталям, некоторые из них не отличаются так же

хорошей

свариваемостью,

но

многие

по

свойствам

превосходят

чистый

алюминий.

Особо выделяются алюминиевые сплавы с повышенной пластичностью,

содержащие до 2,8% Mg и до 2,5% Mg, они отличаются большей, чем чистый,

алюминий

,прочностью,

легко

поддаются

вытяжке,

близки

по

коррозийной

стойкости к алюминию.

Дюралюмины – наиболее прочные и наименее коррозионно-стойкие из

алюминиевых сплавов. Наибольшее применение нашли в авиастроении для

изготовления деталей турбореактивных двигателей; для изготовления деталей

холодильных установок.

Магналии –

(названы

из-за

большого

содержания

в

ней

магния)

отличаются высокой прочностью и устойчивости против коррозии. Хорошо

противостоят

так

же

воздействию

азотистой

кислоты,

серной

кислоты,

ортофосфорной кислоты, а так же в средах, содержащих ангидриды.

Применяется

как

конструкционный

материал,

в

авиастроении,

судостроении, машиностроении. Их литейные свойства хуже, чем у силуминов.

Силумины –

сплавы

на

основе

алюминия

с

большим

содержанием

кремния.

При

своих

относительно

невысоких

прочностных

характеристиках

силумины

обладают

наилучшими

из

алюминиевых

сплавов

литейными

свойствами.

Они

наиболее

часто

используются

там,

где

необходимо

тонкостенные

или

сложные

по

форме

детали.

По

коррозионной

стойкости

занимает

промежуточное

положение

между

дюралюминами

и

магнолиями.

Нашли

о сновное

применение

в

авиастроении,

ва го н о с т р о е н и и ,

автомобилестроении, при изготовлении картеров, деталей колес, корпусов и

деталей приборов.

САП – сплавы, состоящие из алюминия и 20-22%оксида алюминия.

Получают

их

спеканием

окисленного

алюминиевого

порошка.

По

прочности при комнатной температуре уступает дюралюминам и магнолиям, но

при температуре, выше 200град превосходит их. При этом САП отличается

повышенной стойкостью против окисления, поэтому они часто используются в

помещениях, температура которых превышает 400град.

3

Композиционные материалы, применяемые при изготовлении ПС.

Композиционные

материалы

(от

лат.

Compasutio

–

сложение,

складывание)

–

материалы,

образованные

сочетанием

химиче ски

разнорозненных

компонентов

с

четкой

градацией

раздела

между

ними

( стеклопластики, билиталлы, железобетон и д.р.).

Новые

материалы

появляются

в

результате

стремления

улучшить

характеристики

эксплуатируемых

изделий,

а

будучи

освоенными,

они

открывают

новые

возможности

для

разработки

принципиально

новых

конструкций и технологических процессов.

Одним из наиболее ярких проявлений такой взаимной обновленности

стало

создание

композитных

материалов

(КМ),

которые

находят

все

более

широкое

распространение

в

различных

областях

техники.

Композитные

материалы

по

праву

считаются

материалами

21века,

поскольку

отличаются

высокими, физико-механическими характеристиками при низкой плотности –

они прочнее стали и легче алюминиевых сплавов.

В современном машиностроении за счет применения композиционных

материалов можно обеспечить повышение надежности и долговечности машин

и механизмов, а также существенно снизить материалоемкость производства.

Компизиты

состоят

из

полимерной,

металлической,

углеродной,

керамической или иной основы (матрицы) и армирующих ее наполнителей из

волокон, нитевидных кристаллов и др.

Литература

1.

Воронина

Н.Н.

Материаловедение

и

технология

конструкционных

материалов для железнодорожной техники. – М.: Маршрут, 2013.

– 456 с.

2.

Брексона

В.В.

Электровоз

2ЭС6

«Синара».

–

Верхняя

Пышма:

ООО

«Уральские локомотивы», 2015г. – 328с.

4