一文盤點(diǎn)高鐵上所用的材料

1、一文盤點(diǎn)高鐵上所用的材料中國高鐵出口意義非凡，不僅僅是單個(gè)產(chǎn)業(yè)的“出?！保钦麄€(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條的“走出去”。目前市場規(guī)模雖小，但一旦受到海外市場的認(rèn)可，將重塑中國制造的全球品牌形象，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游細(xì)分領(lǐng)域的發(fā)展。今天“材料+”小編就帶大家看看高鐵上的材料對(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 車體不銹鋼不銹鋼主要用鎳鉻奧氏體不銹鋼，由于其高耐蝕性和美觀的特點(diǎn)，在日本、美國、前蘇聯(lián)應(yīng)用較多，在保證強(qiáng)度和剛度前提下，如梁、柱等骨架的板厚由普通鋼的3.2一6.0mm減至1.0一1.5 mm，可減重40%左右。20世紀(jì)

2、60年代初，日本率先研制出不銹鋼車輛，其輕量、節(jié)能、不需涂裝，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，目前不銹鋼車輛超過5000輛，占全部客車10%以上。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

3、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)。從長期來看，鋁合金價(jià)格適中。材料+微信平臺(tái)，內(nèi)容不錯(cuò)。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)的一些國家就開始采用鋁型材來制造鐵路車輛，包括美國、加拿大、日本、俄羅斯、德國和法國等國，目前國內(nèi)高鐵列車車廂已大量使用鋁合金材

4、料。材料+微信平臺(tái)，內(nèi)容不錯(cuò)。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)。近年來國外有用鎂合金、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)合材料復(fù)合材料己開始應(yīng)用于車輛，且用量不斷增加，代表了未來發(fā)展趨勢(shì)。纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（FRF)因?yàn)楦弑葟?qiáng)度（剛度）、耐疲勞、耐蝕、隔熱、阻燃、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，英國、日本、

5、德國先后在60年代開始應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)件，現(xiàn)在越來越多地應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)件，例如車休和車頭前端部采用玻璃鋼、芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂等。材料+微信平臺(tái)，內(nèi)容不錯(cuò)。目前在西歐，制造鐵道車輛用的復(fù)合材料中，按纖維種類分，玻璃纖維占58%. 芳族聚酸胺纖維占20%，碳纖維占20%，其他占2%；按樹脂的種類分，聚酯占35%，乙烯酸酯占22%，環(huán)氧樹脂占21%，酚醛樹脂占15%，改性的丙烯酸樹脂占4%，其他占3%。轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架是特別重要的高強(qiáng)度部件，關(guān)系到整個(gè)車輛安全性。轉(zhuǎn)架必須滿足安全、運(yùn)行舒適度以及耐磨損、易檢修等要求。多采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金低碳高強(qiáng)度鋼、耐候鋼制造的構(gòu)架。近來研究熱點(diǎn)為高分子復(fù)合材料

6、和鋁合金制造的構(gòu)架。車輛內(nèi)裝及設(shè)備車輛內(nèi)裝及設(shè)備主要有裝飾板、廁所、盟洗室、座椅及水箱等，以鋁合金和高分子材料為主，如裝飾板采用鋁合金上疊合一層不燃性的纖維增強(qiáng)塑料，廁所、盟洗室、座椅及水箱還要考慮到衛(wèi)生和耐腐蝕性，也以不燃性的為佳。輪一軌系統(tǒng)車輪與鋼軌材料除了要有足夠的強(qiáng)度、韌性、耐磨性外，還必須具有耐擦傷、抗剝離的性能。就線路而言，高速鐵路區(qū)別于一般鐵路最主要的特點(diǎn)是曲率半徑大、應(yīng)變速率高、軸重輕和牽引力大，鋼軌的磨耗較小，疲勞損傷相對(duì)突出，因此對(duì)鋼軌材料的選擇要求較高。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

7、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。 材料+微信平臺(tái)，內(nèi)容不錯(cuò)。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)展全長熱處理鋼軌、稀土鋼軌和降噪降振新鋼軌。目前，國外正在研究的貝氏體鋼抗剝離性能優(yōu)于珠光體鋼，不過尚處于試驗(yàn)階段。為了減重，德國正研究組合車輪，即輪心采用FRP，再套上鋼質(zhì)輪和輪箍。無砟軌道無砟軌道是當(dāng)前和今后世界鐵路建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì)和方向。無砟軌道的軌枕本身是混凝土澆灌而成，而路基也不用碎石，可減少維護(hù)、降低粉塵、美化環(huán)境。鐵軌、軌枕直接鋪在混凝土路上，水泥枕與鐵軌間采取了許多連接穩(wěn)固的措施。列車時(shí)速可達(dá)200以上。高鐵軌道水泥枕、鐵軌和地基間的連接處均以

8、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)車組為基礎(chǔ)，單節(jié)車廂用聚氨酯膠約。，折算約合。主要應(yīng)用于車窗玻璃的粘接密封及部分填充部位的

9、密封。聚脲彈性體涂層由于高鐵采用無碴軌道，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的高速、重載、交變沖擊等作用。聚脲涂層無接縫，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

10、，各國多采用碳滑板。如德國ICE和法國TGV。浸金屬碳滑板既有碳材料的自潤滑性，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，近年來已步人產(chǎn)業(yè)化階段。材料+微信平臺(tái)，內(nèi)容不錯(cuò)。國外目前正在加強(qiáng)碳纖維金屬基復(fù)合材料滑板的研究，該材料在集電、自潤滑、抗撞擊性能方而都會(huì)超過現(xiàn)有的滑板。 目前，國內(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

11、維一金屬復(fù)合材料滑板的研究，這種滑板在集電、潤滑、杭撞擊性能方面都會(huì)超過現(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)摩擦系統(tǒng)要求摩阻材料有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，更好的散熱性和耐磨性，足夠高的沖擊強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，對(duì)磨偶件不產(chǎn)生異常磨損和其他形式的損傷，制動(dòng)火花少，價(jià)格便宜，而且輕量化。制動(dòng)盤過去長期使用合金鑄鐵，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?？梢杂?0年以上的壽命；德國的碳纖維復(fù)合材料盤，在高速250 km/h下質(zhì)量好，并

12、通過了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、歐美等近來在開發(fā)新材料時(shí)加人品須、陶瓷顆?；蚨汤w維等制成復(fù)合材料。在合成摩阻材料方面，德國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。橡膠元件已在高速列車上廣泛應(yīng)用于防振、緩沖、隔音、密封、絕緣，以及彈性偶合件和空氣橡膠簧等方面，尤其是減振降噪作用特別顯著，對(duì)高速列車的舒適平穩(wěn)具有無可取代的作用。橡膠元件最引人矚目的應(yīng)用是轉(zhuǎn)向架上的六連桿橡膠關(guān)節(jié)。20世紀(jì)50年代初，國外就開始采用橡膠材料作為鋼軌墊件；材料+微信平臺(tái)，內(nèi)容不錯(cuò)。70 年代隨列車速度的提高，在軌道結(jié)構(gòu)中采用了天然橡膠、