Материалы, применяемые в вагоностроении

Стальной прокат В настоящее время для изготовления вагонов в основном применяют углеродистые и низколегированные стали (ГОСТ 380—71, ГОСТ 6713—75, ГОСТ 1050—74,

ГОСТ 19281—73 и ГОСТ 19282—73). Механические свойства применяемых и рекомендуемых для вагоностроения сталей приведены в табл. 12.

В вагоностроении применяют углеродистые стали различной степени раскисления: кипящие, спокойные и полуспокойные. Кипящая сталь более дешевая, но по качеству уступает спокойной. Полуспокойная сталь по степени раскисления и свойствам представляет собой промежуточную. Кипящая сталь имеет более высокий порог хладноломкости и по сравнению со спокойной сталью является менее стойкой к хрупким разрушениям при низких температурах. Поэтому для ответственных несущих элементов конструкций вагонов применяют спокойные стали. Для этих конструкций используют углеродистую сталь (ГОСТ 380—71) группы В и пятой категории качества, предусматривающей нормирование химического состава, пределов прочности и текучести, относительного удлинения, изгиба в холодном состоянии и ударной вязкости при температуре —20° С и после механического старения. Углеродистые стали (ГОСТ 1050—74) применяют второй и третьей категорий; второй категорией предусмотрено нормирование механических свойств на растяжение и ударной вязкости, проверяемых на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером 25 мм (диаметр или сторона квадрата), а третьей категорией — нормирование механических свойств на растяжение, проверяемых на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером не более 100 мм.

Для ответственных сварных конструкций вагонов применяют низколегированные стали (ГОСТ 19281—73 и ГОСТ 19282—73) 12-й категории, которой предусмотрено нормирование химического состава, механических свойств при растяжении и изгибе и ударной вязкости при температуре —40° С и после механического старения.

Основные элементы грузовых вагонов изготовляют главным образом из низколегированных сталей с гарантированным содержанием меди (09Г2Д, 09Г2СД, 10Г2С1Д, 10ХСНД, 15ХСНД, ЮХНДП). Сталь 10ХНДП имеет повышенные механические характеристики и коррозионную стойкость в атмосферных условиях, поэтому ее рекомендуют применять в тонкостенных элементах конструкции толщиной до 6—8 мм. Перспективной для изготовления несущих сварных тяжело нагруженных узлов вагона является низколегированная сталь 10Г2БД, обладающая в сравнении со сталью 09Г2Д более высокими прочностными характеристиками, особенно усталостной прочностью сварных соединений.

Для изготовления котлов железнодорожных цистерн, предназначенных для перевозки некоторых кислот, желтого фосфора, расплавленной серы, различных синтетических смол, ядохимикатов, жидких минеральных удобрений, молока и особо чистых продуктов применяют высоколегироввнные нержавеющие стали, содержащие дефицитные легирующие элементы (никель, молибден, хром и медь). Получили применение двухслойные стали (биметаллы) с плакирующим слоем из высоколегированных сталей. Например, биметалл ВСтЗ + 12Х18Н10Т (ГОСТ 380—71 и ГОСТ 5632—72) успешно применяют для цистерн, предназначенных для перевозки виноматериалов.

Для пассажирских вагонов в настоящее время применяют обычные углеродистые стали, обладающие низкой прочностью и коррозионной стойкостью, что ограничивает возможности снижения массы конструкции и повышения эксплуатационной надежности. Низколегированные стали 10ХНДП, 15ХСНД и др. по сравнению с обычными углеродистыми в 1,5—3 раза более стойки к атмосферной коррозии. Однако в условиях постоянной влажности коррозионная стойкость этих сталей всего на 20—30% превосходит коррозионную стойкость углеродистых сталей. На основании проведенных ЦНИИ МПС, ВНИИВ и ЦНИИ ЧМ исследований для кузовов пассажирских вагонов рекомендовано применение экономно легированной никелем нержавеющей стали 10Х14Г14НЗ (ГОСТ 5632—72). Проводятся исследования возможности применения безникелевой нержавеющей стали.

Прокатные стали применяют в вагоностроении в виде листового материала, полосы, сортового и профильного проката (как горячекатаного, так и холодногнутого). В последнее время расширяется применение холодногнутых профилей. Основные горячекатаные профили, применяемые в вагоностроении, приведены в табл. 13.

Литые стали Для изготовления литых деталей вагонов в основном применяют углеродистые и низколегированные стали (ГОСТ 977—75 и отраслевые технические условия). Механические характеристики некоторых из этих сталей приведены в табл. 14. Литые детали из сталей ЗОГСЛ и 32Х06Л (ГОСТ 977—75) поставляют после закалки и отпуска, а из остальных сталей — после нормализации. Основная масса стального литья идет на детали тележек грузовых вагонов, на боковые рамы и надрессорные балки, а также на детали автосцепки.

В настоящее время рамы, балки и автосцепки в основном отливают из низколегированных сталей 20ГЛ и 20ФЛ, которые по сравнению с углеродистой сталью обеспечивают повышенную на 20—30% прочность деталей. Условия эксплуатации на перспективу требуют дальнейшего повышения прочностных характеристик указанных деталей. В связи с этим в вагоностроении осуществляется переход на использование более прочной стали типа 20Г1ФЛ.

- Применение улучешнных низколегированных сталей позволяет не только повысить механические свойства, но и обеспечить гарантированную ударную вязкость а„ при отрицательной температуре, вплоть до температуры —60° С.

Одним из основных направлений улучшения качества литых деталей является снижение содержания серы и фосфора в результате применения синтетических шлаков, специальных лигатур и др. Уменьшение в стали вредных примесей обеспечивает увеличение ее пластичности и вязкости, улучшение литейных свойств, что, в свою очередь, повышает качество литых деталей (снижает вероятность образования горячих и холодных трещин, газонасы-щенности, пор, раковин и пр.).

Алюминиевые сплавы Алюминий и его сплавы применяют в конструкциях пассажирских и грузовых вагонов. Алюминий и его сплавы применяют для изготовления облегченных кузовов вагонов городского транспорта и скоростных поездов, а также для

Параметры в числителе даны для верхних, а в знаменателе для ннжних волокон сечений.

деталей и узлов внутреннего оборудования вагонов. Эти материалы применяют также при изготовлении котлов цистерн для транспортирования концентрированной азотной кислоты и других агрессивных грузов, перевозки пищевых продуктов (в частности, молока), а также при изготовлении изотермических вагонов для внутренней обшивки кузовов вагонов.

Механические свойства используемых в вагоностроении алюминиевых деформируемых сплавов приведены в табл. 15. Из литейных алюминиевых сплавов в вагоностроении наибольшее применение нашли алюминий-кремниевые сплавы Ал9 и АлЗ (ГОСТ 2685—75), обладающие высокими литейными свойствами и коррозионной стойкостью.

Алюминиевые сплавы по сравнению с углеродистыми и низколегированными сталями обладают многими преимуществами, наиболее важными из которых для вагоностроения являются малая масса (почти в 3 раза меньшая, чем для стали), достаточно высокие механические свойства и коррозионная стойкость. Возможность изготовления из алюминиевых сплавов профилей практически любой конфигурации позволяет создавать легкие и надежные конструкции вагонов, значительно снизить их массу тары и увеличить грузоподъемность. Определенным недостатком алюминиевых сплавов, препятствующим широкому внедрению в вагоностроение, является их относительно высокая стоимость. В перспективе расширение применения алюминия и его сплавов для вагоностроения несомненно.

Окраска вагонов Антикоррозионная защита металлоконструкций вагонов имеет важное значение в связи с особенностями условий их эксплуатации (использование вагонов в различных климатических зонах с большими перепадами температур и влажности, воздействие атмосферы индустриальных районов и пр.).

* П — полунагартованное состояние; Н — иагартованное состояние; М — отожженное состояние; Т — закалка и естественное старение; Т1 — закалка и искусственное -старение (ГОСТ 12592 — 67).

Надежность антикоррозионной защиты во многом зависит от качества и номенклатуры лакокрасочных материалов. Большое внимание в вагоностроении уделяется также внедрению прогрессивной техники окраски, обеспечивающей экономию лакокрасочных материалов, а также повышающей качество окраски и производительность труда.

Пассажирские и грузовые магистральные вагоны окрашивают в соответствии с ГОСТ 12549—67 и ГОСТ 7409—73. ГОСТ 12549—67 распространяется на окраску строящихся и подвергающихся заводскому ремонту цельнометаллических пассажирских, почтовых, багажных вагонов, вагонов-ресторанов, вагонов-электростанций и вагонов электропоездов. ГОСТ 7409—73 распространяется на строящиеся и подвергаемые заводскому ремонту универсальные грузовые вагоны, крытые, полувагоны и платформы. Наружную поверхность вагонов-цистерн окрашивают химически стойкой эмалью ХВ-785 (ГОСТ 7313—75) по предварительно загрунтованной поверхности.

Неметаллические материалы Для отделки внутренних помещений пассажирских вагонов, вагонов электропоездов и дизельпоездов, вагонов метро и др. применяют самые разнообразные материалы, которые можно разделить на отделочные, тепло- и звукоизоляционные, конструкционные и пр. Для облицовки стен, перегородок, потолков рекомендован трудновоспламеняемый бумажнослоистый пластик, для покрытия полов — поливинилхлоридный линолеум, для внутренней обшивки стен и облицовки потолков — трудновоспламеняемые или огнестойкие древесно-волокнистые плиты и т. д. В качестве теплоизоляционного материала наибольший интерес для вагоностроения представляют пенополиуретаны, так как они позволяют осуществлять теплоизоляцию кузова вагона наиболее прогрессивными способами — напылением или заливкой.

Для теплоизоляции крыши, а также труб отопления, проходящих за потолочной обшивкой, рекомендовано негорючее супертонкое базальтовое волокно, выпускаемое в виде матов, обладающих высокой термоьиброустойчивостыо и низкой гигроскопичностью. В качестве гидроизоляции кузова и гидрозащиты теплоизоляционных материалов рекомендован полимерный пленочный материал.

Широкое распространение в вагоностроении получил пенополистирол, применяемый для производства пенопласта. Пенопласты на основе полистирола с порообразующими компонентами обладают небольшой плотностью, высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, химической стойкостью и водостойкостью, а при внесении специальных добавок — пониженной горючестью. Наиболее распространенными являются пенополистиролы ПСБ и ПСБ-С.

Применение в вагоностроении деталей из древесины хвойных и лиственных пород и древесных материалов обусловлено ГОСТ 3191—75. Детали, по условиям эксплуатации которых требуется предохранение их от гниения и возгорания, подвергают глубокой пропитке или покрытию антисептиками и антипиренами. В зависимости от назначения и конструктивных особенностей узлов и деталей вагонов влажность древесины должна составлять 15—25%. Для изготовления вагонов применяют дуб, ясень, лиственницу, бук, березу, сосну, ель, ольху, пихту, а также фанеру ФСФ (ГОСТ 3916—69), плиты столярные (ГОСТ 13715—68), плиты древесно-стружечные (ГОСТ 10632—70), плиты фанерные (ГОСТ 8673—68), пластики древесные слоистые (ГОСТ 13913—68), плиты древесно-волокнистые (ГОСТ 8904—66 и ГОСТ 4598—74) и фанеру декоративную (ГОСТ 14614—69).

Также широко в вагоностроении применяют резину. Способность к высокоэластичной деформации и высокая усталостная прочность резины сочетаются с другими ценными техническими свойствами: износостойкостью, прочностью на разрыв и удар, газо-, воздухо-, водонепроницаемостью, маслостойкостью и др., а также высокой способностью к поглощению энергии. Благодаря указанным свойствам резину применяют в основном в качестве

амортизирующих устройств в элементах рессорного подвешивания и поглощающих аппаратов автосцепок, для упругой связи элементов тележек, в качестве уплотнителей, манжет, прокладок в тормозной системе, роликовых буксах, оконных дверных проемах, подрезиненных колесах вагонов метро и трамваев и др. Марки резины, применяемой для деталей и узлов вагонов некоторых типов, приведены в табл. 16.