![]() 對(duì)于高速鐵路,對(duì)新材料的強(qiáng)度、疲勞性能、輕量化、工藝性等提出了更高的要求,新材料的應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面。 鐵道車輛 車體 不銹鋼 ![]() 主要應(yīng)用:不銹鋼車體由于不易解決車體氣密性問題,只用于制造20km/h速度級(jí)的車體、及車內(nèi)承載和裝飾件。 ![]() 鋁合金 鋁的密度小,僅為2.7(屬輕金屬),約為鋼的1/3。由于鋁的表面易氧化形成致密而穩(wěn)定的氧化膜,所以耐蝕性好。鋁有較好的鑄造性,由于鋁的融化溫度低,流動(dòng)性好,易于制造各種復(fù)雜外形的零件。鋁合金仍然保持了質(zhì)輕的特點(diǎn),但機(jī)械性能明顯提高。 主要應(yīng)用:一是作為受力構(gòu)件;二是作為門、窗、管、蓋、殼等材料;三是作為裝飾和絕熱材料。鋁合金容易加工和具有高度的散熱性。特別是車輛引擎部分特別適合使用鋁合金材料。這里幾乎完全是鋁合金的一家天下。此外,鋁合金的加工工藝多種多樣。通用性較強(qiáng)。 從長(zhǎng)期來(lái)看,鋁合金價(jià)格適中。鋁材價(jià)格較高,使得車輛制造成本增加,但由于鋁合金使得車輛輕量化,車輛的輕量化帶來(lái)了運(yùn)能的增加,耗能的減少,維修的費(fèi)用降低。有資料顯示,交通工具的重量每減少10%,燃料可節(jié)約8%。在報(bào)廢回收時(shí),鋁型材產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)100%回收,回收鋁型材循環(huán)再用可以減少95%的能源消耗。 早在20世紀(jì)50年代,世界上較發(fā)達(dá)的一些國(guó)家就開始采用鋁型材來(lái)制造鐵路車輛,包括美國(guó)、加拿大、日本、俄羅斯、德國(guó)和法國(guó)等國(guó),目前國(guó)內(nèi)高鐵列車車廂已大量使用鋁合金材料。業(yè)內(nèi)專家指出,時(shí)速300公里以上的高速列車車體必須采用輕量化的鋁合金材料,350公里以上的列車車廂除底盤外全部使用鋁型材。目前中國(guó)鐵路客運(yùn)專線動(dòng)車組采用的CRHI、CRH2、CRH3、CRH5四種類型中,除CRHI型車體采用的是不銹鋼材外,其余3種動(dòng)車組車體均為鋁合金材質(zhì)。 近年來(lái)國(guó)外有用鎂合金、欽合金等航空材料制造車體骨架的嘗試,其重量只有鋁合金的66%,減重效果明顯。但還在考察試驗(yàn)中。 復(fù)合材料 ![]() 轉(zhuǎn)向架 ![]() 車輛內(nèi)裝及設(shè)備 ![]() 輪一軌系統(tǒng) ![]() 對(duì)于鋼軌材料而言,歐洲鐵路一直在合金鋼軌上進(jìn)行研究,如非熱處理的Cr-Mo,合金鋼軌除了有較高的循環(huán)軟化抗力外,也有較好的抵杭短波磨損的能力,是今后鋼軌材料的重點(diǎn)選擇對(duì)象之一。 此外,還應(yīng)從鋼軌鋼的強(qiáng)韌化和純凈化方面進(jìn)行努力,大力發(fā)展全長(zhǎng)熱處理鋼軌、稀土鋼軌和降噪降振新鋼軌。 目前,國(guó)外正在研究的貝氏體鋼抗剝離性能優(yōu)于珠光體鋼,不過(guò)尚處于試驗(yàn)階段。為了減重,德國(guó)正研究組合車輪,即輪心采用FRP,再套上鋼質(zhì)輪和輪箍。 無(wú)砟軌道 ![]() 高鐵軌道水泥枕、鐵軌和地基間的連接處均以聚氨酯彈性體填隙、密封,一則使連接穩(wěn)固,不因受氣候變化而位移;二則可起防震和消除噪音作用,增添旅客乘車舒適感。 聚氨酯枕木 為適應(yīng)高速列車的提速要求,開發(fā)聚氨酯枕木以取代或部分取代混凝土枕木必將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。在西歐,該技術(shù)已有較成熟的研制和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn);在日本,聚氨酯枕木已在高速列車新干線軌道上得到應(yīng)用。與其他材料相比,聚氨酯枕木具有卓越的耐久性并可降低周期成本。 聚氨酯膠黏劑 高速列車的生產(chǎn)對(duì)聚氨酯膠黏劑的使用需求也大幅增加,聚氨酯在車輛上承擔(dān)著玻璃粘接、地板粘接、嵌縫填充、密封防水等各種必不可少的作用。按照動(dòng)車組CRH3為基礎(chǔ),單節(jié)車廂用聚氨酯膠約84。07L,折算約合109。3kg。主要應(yīng)用于車窗玻璃的粘接密封及部分填充部位的密封。 聚脲彈性體涂層 由于高鐵采用無(wú)碴軌道,要求防護(hù)層不僅具有防水、防滲和抗裂等基本性能,還要能經(jīng)受火車高速行駛帶來(lái)的高速、重載、交變沖擊等作用。聚脲涂層無(wú)接縫,粘結(jié)力強(qiáng),真正做到了整體防水,同時(shí)還具有優(yōu)異的耐磨性、抗沖擊、抗開裂、耐紫外光和耐高低溫性能,可滿足高鐵的特殊要求。 受電弓滑板 ![]() 目前高速鐵路使用的導(dǎo)線主要有銅銀(0.15%一0.18% Ag),銅鎘(0. 7%-1. 3%Cd)或銅錫合金(0. 3%Sn)等。隨列車的高速化.研制高線張力和重量輕的新型復(fù)合導(dǎo)線(即外表為銅,芯部為鋼)是發(fā)展趨勢(shì)。 受電弓滑板是機(jī)車供電系統(tǒng)重要集電元件,通常有碳滑板、金屬滑板、浸金屬碳滑板和粉末冶金滑板,各國(guó)多采用碳滑板。如德國(guó)ICE和法國(guó)TGV。浸金屬碳滑板既有碳材料的自潤(rùn)滑性,又具備了金屬材料集電、強(qiáng)度和抗沖擊力高的特點(diǎn),成為最理想的滑板材料,近年來(lái)已步人產(chǎn)業(yè)化階段。國(guó)外目前正在加強(qiáng)碳纖維金屬基復(fù)合材料滑板的研究,該材料在集電、自潤(rùn)滑、抗撞擊性能方而都會(huì)超過(guò)現(xiàn)有的滑板。 目前,國(guó)內(nèi)外研究的浸金屬碳滑板已步入了實(shí)用化的階段,它主要是利用了碳滑板材料的多孔性質(zhì),將熔融的銅或銅合金等高導(dǎo)電性金屬,在高溫高壓下浸入到碳滑板基體中去,使它既有碳材料的自潤(rùn)滑和抗電弧性能,又具備金屬材料的集電、強(qiáng)度高、杭彈撞擊力強(qiáng)的特點(diǎn),成為最理想的滑板材料。 與此同時(shí),還應(yīng)加強(qiáng)碳纖維一金屬?gòu)?fù)合材料滑板的研究,這種滑板在集電、潤(rùn)滑、杭撞擊性能方面都會(huì)超過(guò)現(xiàn)有的金屬滑板、碳滑板、浸金屬碳滑板和粉末冶金滑板,其應(yīng)用前景十分廣闊。 制動(dòng)摩擦系統(tǒng) ![]() 制動(dòng)盤過(guò)去長(zhǎng)期使用合金鑄鐵,但高速列車要求選用高強(qiáng)度抗熱裂的合金鍛鋼,如Ni-Cr-Mo或Cr-Mo-V合金鋼,也有研制金屬基復(fù)合材料和C-C復(fù)合材料制動(dòng)盤。日本1997年開發(fā)的耐熱裂制動(dòng)盤。可以有20年以上的壽命;德國(guó)的碳纖維復(fù)合材料盤,在高速250 km/h下質(zhì)量好,并通過(guò)了400km/h的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)。 目前常用的摩阻材料可分為含磷鑄鐵、粉末冶金材料和合成材料。法國(guó)TGV-A、日本新干線等高速列車都采用了粉末冶金閘片,而且普遍是銅基材料。針對(duì)鐵基、鋁基材料,日本、歐美等近來(lái)在開發(fā)新材料時(shí)加人品須、陶瓷顆粒或短纖維等制成復(fù)合材料。在合成摩阻材料方面,德國(guó)ICE列車上安裝了鋁合金盤/合成閘片,獲得了較好的效果。目前纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在摩阻制動(dòng)材料方面的成功開發(fā)和運(yùn)用備受矚目,成為研究熱點(diǎn),例如1997年口本開發(fā)的閘片是以酚醛樹脂、石墨、合成橡膠與碳纖維復(fù)合。 減振、降噪材料 ![]() 高速帶來(lái)的沖擊、振動(dòng)和噪聲的加劇,采用減振降噪元件,例如勃彈性能、耐疲勞、耐老化性能更優(yōu)的橡膠元件,以保證乘坐的安全舒適。 更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài),我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org
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