鐵路主要用于大宗貨物的長途運輸,其耗能僅為汽車運輸耗能的1/2,并且燃料種類多樣化,因此成為交通運輸業(yè)發(fā)展的重點。而從日本和歐洲的鋼軌、車輛車體、車輪和車軸來看,鋼鐵材料仍是其主要用材,目前他們在提升用鋼性能和材質(zhì)以保證鐵路交通安全方面也開展了一些新的研究。
　　
　　車輪用鋼技術(shù)發(fā)展
　　
　　車輪的材質(zhì)一般為普鋼,從世界標準的含碳量來看,從低碳鋼的0.5%以下到高碳鋼的0.7%以上,波幅較大。在含碳量的選擇方面,其主要決定依據(jù)是耐剎車瞬時熱性和接觸面的耐蝕性。從這兩種性能看,含碳量有相反的作用。即含碳量下降可抑制熱開裂,但摩擦呈加大傾向。究竟選擇何種含碳量,各國隨國情而不同。在日本,全國新干線用的車輪只采用含碳量為0.60%~0.75%的鋼種,屬于高碳鋼,主要是從耐摩擦性而選定。日本鐵路部門的維修工作極為細致,在防止異常剎車和早期發(fā)現(xiàn)開裂方面工作出色,這也成為選定高碳鋼的另一原因。
　　
　　對海外礦石運輸貨車用載重非常大的車輪用材,日本正在研究改用Cr、Mo合金鋼等低合金鋼種。此類大載重貨車的車輪表面易受接觸應(yīng)力而產(chǎn)生剝離,有時甚至破損,因此要提高淬火性,使得高硬度達到更深的位置。另外,當內(nèi)部有非金屬夾雜等缺陷時,在大接觸載重下易產(chǎn)生內(nèi)部開裂,因此要通過嚴格的超聲波探傷來防止。
　　
　　車軸用鋼技術(shù)發(fā)展
　　
　　在標準中仍用碳鋼和低合金鋼(Cr、Mo鋼等)作為車軸用鋼。在歐洲,驅(qū)動軸用低合金鋼、非驅(qū)動軸用碳鋼的場合較多,但不完全一致。在日本,標準內(nèi)規(guī)定僅用碳鋼,但熱處理方法多樣,除正火、淬火、回火外還有高頻淬火。按JIS標準,高頻淬火嵌合部車軸的設(shè)計允許應(yīng)力為147MPa,是淬火回火車軸設(shè)計允許應(yīng)力108MPa的1.36倍。
　　
　　有關(guān)車軸的材料強度方面,近年來以歐洲為中心開展的研究課題為“通過開裂進展的預(yù)測以使檢測周期Z佳化”。這是針對近年歐洲多地發(fā)生車軸折損事故,為保證同類車軸在運行中的安全而開展的研究。
　　
　　過去車軸的材料設(shè)計以不發(fā)生開裂為標準,即以無限壽命設(shè)計為前提。但折損事故的不斷發(fā)生,使得研究思路得以改變,并在研究中引入了破壞力學(xué),因而又開展了“初期開裂發(fā)生下走形多遠而不折損”的研究。這一研究是為了確定已經(jīng)走行車輛的必要檢修周期。這一思路使得“只要頻繁檢查即可良好控制”的新概念應(yīng)運而生。盡管新設(shè)計中這一思路難以很快被采用,但此種方法可以降低對車軸強度的要求,從而使研究者產(chǎn)生了濃厚的興趣。
　　
　　軸承的新技術(shù)動向
　　
　　確保鐵路車輛用軸承的可靠性非常重要。鋼材中的非金屬夾雜物成為軸承破損的主要原因,因此對夾雜物的評價和生產(chǎn)管理很重要。隨著圖像解析法等材料清潔度評價技術(shù)水平的提高,對高潔凈度鋼生產(chǎn)起到了更好的推動作用。作為有關(guān)夾雜物的生產(chǎn)管理,特別是要求高可靠性的日本新干線車軸用軸承,鋼材生產(chǎn)廠的檢查加上軸承廠用超聲波探傷法對成品進行的全面檢查正在實施。另外,歐洲已經(jīng)對超聲波檢查標準化(EN12080),日本也在研發(fā)用高頻縱波超聲波的垂直探傷等高精度探傷法。
　　
　　軸承的破壞形態(tài)有起點于內(nèi)部和表面兩種,對車軸和驅(qū)動裝置用軸承的疲勞點用X射線檢查結(jié)果均為表面疲勞。對其破壞因素查明的結(jié)果表明,不僅是載重,還有硬物、潤滑狀態(tài)、材料和氫的多種影響,有關(guān)氫對機械性能的影響和機理正在研究中。 1614次