Характеристика материалов, которые используются при вагоностроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристика материалов, которые используются при вагоностроении

Бакич С.И., студент

4курс, факультет Вагоны и вагонное хозяйство

Институт Путей сообщения Россия, г. Омск Алейников Р.Е.,

4курс, факультет Вагоны и вагонное хозяйство

Институт Путей сообщения Россия, г. Омск Юдин К.С.,

4курс, факультет Вагоны и вагонное хозяйство

Институт Путей сообщения Россия, г. Омск Сопронова Е.Ю.,

4курс, факультет Вагоны и вагонное хозяйство

Институт Путей сообщения Россия, г. Омск

Аннотация

В статье рассматриваются характеристики материалов, которые используются при вагоностроении. Сравнение материалов при вагоностроении. Технологии производства. Преимущества материалов.

Ключевые слова: композитные материалы, углеродистая и низколегированная сталь, алюминий, железнодорожный транспорт, грузовые вагоны, литая сталь, износ, коррозия, сплавы.

Annotation

Keywords: composite materials, carbon and low-alloy steel, aluminum, rail^way transport, freight cars, cast steel, wear, corrosion, alloys.

The article discusses the characteristics of materials used in car building. Comparison of materials in car building. Production technologies. Advantages of materials.

При выборе материалов для конструкции вагонов и их компонентов будет учитываться характер их нагрузки и воздействие внешней среды. Эти воздействия существенно влияют на прочность и долговечность вагонов.

Коррозия и износ уменьшают размер поперечного сечения детали и снижают ее прочность. Поэтому материалы, используемые в производстве вагонов, должны быть устойчивыми к коррозии и износу. Они должны соответствовать условиям технического проектирования вагона при его строительстве и обслуживании.

Углеродистая сталь и низколегированная сталь широко используются в конструкции вагонов.

Алюминиевые сплавы используются для дальнейшего снижения температуры, поскольку плотность этих сплавов в три раза ниже, чем у стали, а механические свойства относительно высоки и не изменяются при понижении температуры.

За счет использования полимерных материалов и пластмасс в конструкции вагона можно дополнительно уменьшить объем упаковки и улучшить эксплуатационные характеристики вагона. В настоящее время полимеры в основном используются для отделки внутреннего оборудования и грузовых вагонов.

Для создания нового поколения подвижного состава с высоким технологическим уровнем и надежностью используются наиболее экологически чистые конструкционные материалы.

Стальной прокат является основным строительным материалом грузовых вагонов и используется для изготовления каркаса кузова и деталей ходовой части грузовых вагонов.

В настоящее время при производстве грузовых вагонов в основном используются углеродистая сталь и низколегированная сталь.

В вагоностроении используются углеродистые стали различной степени раскисления: кипящие, спокойные и полуспокойные. Кипящая сталь дешевле, но качество не такое хорошее, как у спокойной стали.

Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение по степени раскисления и производительности. Кипящая сталь имеет более высокий порог разрушения при холодном разрушении, и по сравнению со спокойной сталью она обладает меньшей устойчивостью к хрупкому разрушению при низких температурах.

Сталь 10ХНДП обладает повышенными механическими свойствами и коррозионной стойкостью. [4]

Низколегированная сталь 10Г2БД, обладающая более высокими прочностными характеристиками, чем сталь 09Г2Д, особенно усталостной прочностью сварных соединений, перспективна для изготовления несущих сварных деталей повышенной прочности вагонов.

Обычная углеродистая сталь с низкой прочностью и коррозионной стойкостью в настоящее время используется в пассажирских вагонах, что ограничивает возможности снижения веса конструкции и повышения эксплуатационной надежности.

По сравнению с традиционными углеродистыми низколегированными сталями 10ХНДП, 15ХСНД и т.д. их стойкость к атмосферной коррозии в 1,5 - 3 раза выше. Однако в условиях постоянной влажности коррозионная стойкость этих сталей всего на 20-30% выше, чем у углеродистой стали.

Стальной прокат используется в вагоностроении в виде листового, полосового, сортового и профильного проката (горячекатаного и холоднокатаного). В последнее время использование холодноформованных профилей расширяется.[3]

Углеродистая сталь обладает характеристиками, которые зависят от содержания углерода. Углерод является основным элементом, определяющим прочность, твердость, пластичность и вязкость стали. По мере увеличения содержания углерода прочность и твердость увеличиваются, а пластичность и вязкость уменьшаются. Основными недостатками углеродистой стали являются низкая прокаливаемость, низкая термостойкость инструментальной стали и высокая зависимость вязкости и пластичности от содержания углерода.

Легирующие компоненты, вводимые в сталь, не заменяют закаленные компоненты на основе углерода, но позволяют улучшить механические свойства конструкционной стали и повысить термостойкость инструментальной стали. Легирующий состав позволяет повысить прочность в большей степени, чем снижение вязкости стали.

Эффект легирующих компонентов зависит от типа, содержания и комбинации компонентов. Наиболее распространенными компонентами сплава являются хром, вольфрам, ванадий, титан, никель, кремний, марганец во все возрастающих количествах и другие. Рассмотрим каждый из них в отдельности. материал вагоностроение сталь

Марганец является дешевым компонентом сплава, который укрепляет ферритную составляющую стали и образует сложные карбиды с железом, что несколько снижает пластичность, повышает прокаливаемость, снижает критическую скорость закалки, расширяет аустенитную область, снижает критическую температуру и способствует кристаллизации.

Кремний также очень дешев и широко используется в легированной стали. Он растворяется в феррите и влияет на свойства стали аналогично марганцу, но не вызывает появления хрупкости при отпуске и в меньшей степени влияет на рост зерна. Кремний повышает эластичность стали.

Хром не испытывает недостатка и дешев, поэтому он широко используется в качестве компонента сплава. Он частично растворяется в феррите и образует карбиды, которые упрочняют сталь при незначительном снижении вязкости. Значительно снизить критическую скорость охлаждения во время закалки и повысить прокаливаемость. Это вызывает появление хрупкости высвобождения и образование флокенов в слитке.

Вольфрам, ванадий и титан образуют износостойкие и очень дисперсные карбиды, поэтому они повышают прочность и твердость стали. Они дороги, поэтому их не используют в качестве автономных компонентов.

Никель - очень дефицитный металл. Почти все механические свойства (прочность, вязкость и пластичность) повышаются, что приводит к снижению хрупкости. Никель используется не как самостоятельный компонент сплава, а в сочетании с хромом и другими добавками. С введением вольфрама тенденция к высвобождению хрупкости уменьшается.

Конструкционная сталь - это низколегированная сталь. Они содержат не более 5% легирующих добавок. Такое количество легирующих добавок фактически не изменит структуру стали. По-прежнему имеет перламутрово-ферритовый оттенок в конструкционной стали и внешне ничем не отличается от структуры углеродистой стали с тем же содержанием углерода.[2]

К приоритетным материалам, необходимым для строительства грузовых вагонов в 21 веке, в первую очередь относится алюминий. Сегодня алюминий занимает лидирующие позиции в производстве конструкционных материалов и имеет хорошие перспективы на будущее.

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью, что значительно увеличивает срок службы алюминиевых грузовиков. Пропускная способность дороги была увеличена на 60%, что повысило надежность пассажирских перевозок из полумягких сплавов.

Чистый алюминий обладает низкой температурой плавления, низкой твердостью, высокой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью к воздействию воды и кислот.

Коррозия объясняется высокой химической активностью алюминия. Он быстро окисляется с образованием поверхностной пленки. Он обладает высокой пластичностью и деформируемостью алюминия и может хорошо обрабатываться давлением в горячих и холодных условиях.

Алюминиевый сплав обладает низкой пластичностью, хорошими механическими свойствами и удовлетворительной стойкостью к окислению. С точки зрения их прочностных характеристик и износостойкости они не так хороши, как сталь. Некоторые из них не обладают такой же хорошей свариваемостью, но многие из них по своим характеристикам превосходят чистый алюминий.

Силумины - это сплавы на основе алюминия с высоким содержанием кремния. Силумин обладает относительно низкими прочностными характеристиками и обладает лучшими литейными свойствами из алюминиевых сплавов. Они чаще всего используются там, где требуются тонкостенные детали или детали сложной формы. С точки зрения коррозионной стойкости он занимает промежуточное положение между дюралюминием и магналием. [1]

Появление новых материалов направлено на улучшение характеристик эксплуатируемых изделий. Будучи освоенными, они открывают новые возможности для разработки принципиально новых конструкторских и технических процессов.

Одним из наиболее значительных проявлений этого взаимного ограничения является создание композитных материалов (КМ), которые становятся все более распространенными в различных областях техники. Композитные материалы по праву считаются материалами 21 века из-за их отличающихся высокими физико-механическими свойствами при низких плотностях - они прочнее стали и легче алюминиевых сплавов.

Технические характеристики композиционных материалов зависят от соотношения свойств подложки и армирующего элемента, а также от прочности связи между ними. Кроме того, технические характеристики композитных материалов зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их сочетания, которая призвана обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

В результате соединения армирующего элемента и матрицы образуется комплекс свойств композита, который не только отражает исходные характеристики его компонентов, но и включает в себя свойства, которыми эти компоненты не обладают сами по себе. В частности, наличие границы раздела между армирующим элементом и подложкой значительно повышает трещиностойкость материала, а в композиционных материалах, в отличие от металлов, увеличение статической прочности не приводит к снижению, а обычно увеличивается.

Преимущества композитных материалов:

- Высокая прочность (композитные материалы обладают высокой прочностью на растяжение и сжатие, а также высокой ударной вязкостью, высокой прочностью на сдвиг и разрыв, и в большинстве случаев они превосходят по прочности такие материалы, как сталь и бетон);

- По сравнению с «традиционными» материалами (сталь) удельный вес низкий, а газопроницаемость и паропроницаемость низкие.;

- На него практически не влияет окружающая среда (осадки, влажность, перепады температур и т.д.);

- Высокая износостойкость и долговечность (срок службы композитных материалов может достигать более 50 лет);

- Они не подвержены коррозии, гниению, грибкам и плесени, а также насекомым;

- Устойчив к воздействию различных химических веществ и веществ;

- Пожаробезопасность (композитные материалы выдерживают температуру до +1200°C; большинство композитных материалов негорючие).

Список литературы:

1 Воронина Н.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники. - М.: Маршрут, 2013. - 456 с.

2 Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебно-методическое пособие к лабораторным работам / В.Н. Кротов, И.С. Морозкин, Л.А. Кармазина; ФГБОУ ВО РГУПС. - Ростов н/Д, 2017. - 62 с.

3 Материалы, применяемые в вагоностроении [Электронный ресурс]. Адрес доступа - https://www.dieselloc.ru/vagony-proektirovanie- ustroystvo/materialy-primenyaemye-v-vagonostroemi.html (дата обращения: 17.05.2022);

4 Материалы, применяемые для изготовления кузовов вагонов

[Электронный ресурс]. Адрес доступа -

https://studwood.net/1771527/tehnika/materialy_primenyaemye_izgotovleniya_ku zovov_vagonov (дата обращения: 17.05.2022);

5 Применение композитных материалов в строительстве [Электронный

ресурс]. Адрес доступа -

https://agp.edu.ra/images/Doki/DPO^onference/ДОКЛАДЫ/Рысокович%20Анд рей%20Сергеевич.pdf (дата обращения: 17.05.2022);

Размещено на Allbest.ru