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.

Сталь	Толщина проката, мм	Механические свойства (не менее)
		Предел прочности °в. кгс/мм2	предел текучести °т’ кгс/мм2	Относительное удлинение 6., %	Удаг а„, 20° С	ная вяа ^гм/см2 —20° С	кость при —40° С
СтЗкп	До 20	37	24	27
	21—40	37	23	26	_	_	—.
	41—100	37	22	24	—	—	—
СтЗпс,	До 20	38	25	26	5—11	3—5
СтЗсп	21—40	38	24	25	_		_
	41—100	38	23	23	—	—	—
СтЗГ пс	До 20	38	25	26	5—10	3—5
	21—40	38	24	25	—	_	_
	41—100	38	23	23	—	—	—
Стбпс,	До 20	50	29	20
Стбсп	21—40	50	28	19	—	—	_
	41—100	50	27	17	—	—	—
Ст5Г пс	До 20	46	29	20
	21—40	46	28	19	—	-_	—
	41—100	46	27	17	—	—	—
15	80	38	23	27
20	80	42	25	25	—	-_	__
25	80	46	28	23	9	—.	_
30	80	50	30	21	8	—	_
35	80	54	32	20	7	_	_
40	80	58	34	19	6	—	_
45	80	61	36	16	5	—	_
16Д	До 20	38	24	26	3,5	3,5	—
09Г2,	До 4	45	31	21
09Г2Д	5-9	45	31	21	—	—	3,5
	10—20	45	31	21	—	—	3
	21—32	45	30	21	—	—	4
09Г2С,	До 4	50	35	21
09Г2СД	5—9	50	35	21	6,5	—	4
	10—20	48	33	21	6	—	3,5
	21—32	47	31	21	6	—	3,5
	33—60	46	29	21	6	—	3,5
	61—80	45	28	21	6		3,5

Сталь	Толщина проката, мм	Механические свойства (не менее)
		Предел прочности *1,. кгс/мм2	Предел текучести (Тт, кгс/мм2	Относительное удлинение 68, %	Ударная вязкость аи, кгм/см2, при
					20° С	—20° С	О о о Т
10Г2С1,	До 4	50	36	21			__
10Г2С1Д	5—9	50	35	21	6,5	—	4
	10—20	49	34	21	6	—	3
	21—32	48	33	21	6	—	3
	33—60	46	33	21	6	—	3
	61—80	44	30	21	6	—	3
10Г2Б,	До 4	52	38	21
10Г2БД	5—9	52	38	21	—	—	4
	10	52	38	21	—	—	3
10ХСНД	До 4	54	40	19	_	__	—
	5—9	54	40	19	—	¦-	5
	10—15	54	40	19	—	—	4
	16-32	54	40	19	—	—	5
	33—40	52	40	19	—	—	5
15ХСНД	До 4	50	35	21		_	__
	5—9	50	35	21	—	—	4
	10—20	50	35	21	—	—	3
	21—32	50	35	21	—	—	3
10ХНДП	До 4	48	35	20
	5—9	48	35	20			4

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

Профиль	Параметры				Область Применения
	•V с“4	ТУ, см3	Р, СМ2	В, кгс/м
Двутавр № 10 (ГОСТ 8239—72)	198	39,7	12,0	9,5	Стойки кузова вагона-хоппера
Двутавр № 19 (ТУ 14-1-326—72)	1 507,5	158,7	27,0	21,2	Элемент хребтовой балки полувагона
Двутавр № 27 (ГОСТ 8239—72)	5 010	371,0	40,2	31,5	Торцовые стойки кузова пассажирского вагона
Двутавр № 45 (ГОСТ 8239-72)	27 696	1231,0	84,7	66,5	Хребтовая балка думпкара
Двутавр № 55 (ГОСТ 8239—72)	55 962	2035,0	118,0	92,6	Боковые и хребтовые балки платформы, хребтовая балка думпкара
Двутавр № 60 (ГОСТ 8239—72)	76 806	2560,0	138,0	108,0	Боковые и хребтовые балки платформы
Швеллер № 8В (ГОСТ 5267-63)	113,9	25,5	12,0	9,4	Триангель тележки грузового вагона
Швеллер № 14 (ГОСТ 8240—72)	491,0	70,2	15,6	12,3	Механизм открывания бортов думпкара,, элементы рамы и кузова вагона
Швеллер № 20 (ГОСТ 8240—72)	1 520,0	152,0	23,4	18,4	Боковые балки рамы крытого в.агона
Швеллер № 20В (ГОСТ 5267—63)	1 780,4	178,0	28,8	22,6	Элемент продольного борта думпкара
Швеллер № 20В-1 (ГОСТ 5267—63)	1 913,7	191,4	32,8	25,8	Продольные балки рамы тележки пассажирского вагона
Швеллер № 22 (ГОСТ 8240—72)	2 110,0	192,0	26,7	21,0	Верхняя обвязка концевых стен пассажирского вагона

Профиль		Параметры			Область применения
	¦V см*	«7х, см»	і7, смг	g, кгс/м
Швеллер № 30 (ГОСТ 8240—72)	5 810,0	387,0	40,5	31,8	Элемент хребтовой балки пассажирского вагона
Швеллер № ЗОВ-1 (ГОСТ 5267—63)	6,497,9	433,2	49,9	39,2	Элемент хребтовой балки пассажирского вагона
Швеллер № ЗОВ-2 (ГОСТ 5267—63) Корытообразный профиль 70Х70Х	6 947,9	463,2	55,9	43,8	Хребтовые балки рамы цистерны
X 100X89X13X9 (ТУ 14-1-326—72) Зетообразный профиль 310Х174Х X 130X16X10,5X9	569	109,6/113,5 *	36,3	28,5	Шкворневые и промежуточные стойки полувагона
(ТУ 14-1-326—72)…….. Зетообразный профиль № 4	10 522	670,0/688,0 *	66,2	52,0	Хребтовые балки полувагона, крытого вагона, вагона-хоппера, рефрижераторного вагона, балки верхней рамы думпкара
(ГОСТ 5267—63)…….. Зетообразный профиль № 8	15,82	7,91	6,6	5,1	Дверной рельс крытого вагона
(ГОСТ 5267—63)…….. Зетообразный профиль № 10	124,08	31,02	12,00	9,42	Раскосы стен крытого вагона
(ГОСТ 5267—63)…….. Спецпрофиль 80X65X80X65X6	251,71	50,34	15,56	12,21	Нижний пояс боковых стен пассажирского магистрального вагона
(ГОСТ 5267—63)……..	267,7	46,91/32,68 *	16,59	12,94	Верхняя обвязка кузова крытого вагона

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

Сталь	Предел текучести <ТТ, кгс/мм2	Механические Предел прочности <тв» кгс/мм2	свойства (н Относительное удлинение 68» %	е меиее) Относи тельное сужение ф, %	Ударная вязкость °Н’ кгс-м/см8
15Л……..	20	40	24	35	5
20Л……..	22	42	22	35	5
25Л……..	24	45	19	30	4
20ГЛ…….	30	55	18	25	5
20ФЛ…….	30	55	18	35	5
ЗОГСЛ…….	35	60	14	25	3
20Г1ФЛ……	¦ 35	55	17	25	5
32X06Л…… Углеродистая	45	65	10	20	5
(ТУ 3-779—73)	25	42	20	—	5

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.).

Сплав (ГОСТ	Шифр состояния	Механические свойства (не менее)
4784—65, ГОСТ 8617—75 и ГОСТ		Предел проч-	Предел теку-	Относительное
12592—67)	поставки *		чести ат,	удлинение
		кгс/мм2	кгс/мм2	б6, %
АД	м	6		20
АМц	п	15	—	5
АМц	м	9	—	18
АМг2	м	17		16
АМгЗ	м	19	8	15
АМг5	м	28	13	15
АМгб	м	32	16	15
АМгб	н	38	28	6
АВ	т	18	_	14
АВ	Т1	30	23	8
АДЗЗ	Т1	25	21	6
1915	м	28	18	12
1915	т	35	22	10
1915	Т1	38	25	8

* 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

Наименование	Рабочая среда	Резина (ТУ 38.005.204—71)
Уплотнения неподвижных соединений	Воздух, вода	7-1847 13305 7-6721 7-2959
Уплотнения дверей, окон и люков	Воздух, вода, слабые растворы кислот и щелочей	7-2462 7-6721 6190
Уплотнения подвижных соединений	Воздух, смазка, горячая вода	7-3508 7-Н-26-16 7-В-14
Амортизаторы и силовые детали, работающие под нагрузкой	Воздух, вода, капельки масла и топлива	7-1847 7-3681 7-6721 7-2959 7-2462 7-4985 7-3826 7-8470
Защитные детали, чехлы, кожухи	Воздух, вода	7-6721 7-2959 7-3687 6190

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.

⇐Теплотехнические и санитарно-гигиенические требования | Вагоны | Дополнительные требования, предъявляемые при проектировании вагонов⇒