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機械社區

標題: 我想知道火車車輪的材料 [打印本頁]
作者: 海哥007    時間: 2008-8-12 12:58
標題: 我想知道火車車輪的材料
火車車輪和鋼軌運行時是不可能有潤滑油的，為什么在大負荷和高速的情況下還不容易損壞。我想知道火車車輪和鋼軌是使用的什么材料。其機械性能如何？有知道的能告訴我嗎？
作者: 悲壯圣火    時間: 2008-8-12 14:09
據我所知，火車車輪為鑄鋼的，鐵軌是合金鋼材料的，牌號我不是太清楚。火車車輪在拐彎時需要潤滑的，采用的是石墨潤滑，潤滑部位是內車輪（現在鐵道部開始推廣這種潤滑技術，以前是沒有潤滑的）。- C8 U& S- O- X5 z  Q6 I
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[ 本帖最后由 悲壯圣火 于 2008-8-12 14:16 編輯 ]
作者: 漂流瓶    時間: 2008-9-8 20:34
鋼火車車輪產能世界第一
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金羊網 2008-06-26 15:32:32  來源:羊城晚報 9 U+ c3 x0 q9 \: `9 r

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車輪“足跡”遍布國內地鐵,并走出國門  4 f& F# @$ o2 D& }- x4 d1 f' C* q
中國人制造的第一個火車車輪于1964年誕生在馬鋼。在此之前，鄧小平同志說：“中國的火車沒有鞋穿。”他拍板決定在馬鋼建設火車車輪輪箍廠。經過幾十年的發展，馬鋼的車輪不僅生產能力世界第一，技術水平也躍居世界前列。馬鋼車輪公司副總工程師李翔告訴記者，馬鋼車輪不僅占據國內大部分市場份額，其性價比在世界也很有競爭力。韓國地鐵列車用的幾乎都是馬鋼車輪；廣州、上海、深圳地鐵車輪的大部分也來自馬鋼；美國GE公司制造的機車，車輪80％采購自馬鋼。李翔說，歐洲對馬鋼車輪的需求也在持續增加。據悉，去年和今年，美國GE采購馬鋼的機車車輪每年1.8萬件，明年將達到2.6萬件。馬鋼不僅給中國還給世界火車穿鞋。 * h8 H  J  U# s+ i* A3 j
隨著我國鐵路重載戰略的實施，鐵道部在鐵路貨運中確定重點發展25至30噸軸重、單節車輛載重100至120噸重載列車的目標。馬鋼今年5月完成了與鐵道部合作研制新型重載高速列車車輪的試驗，在大同至秦皇島的大秦線上運行，單節車輛載重80噸，加上自重共100噸，速度每小時120公里，是目前國內貨運列車速度的一倍以上。目前，大秦線重載列車已經達到2萬噸級，這一試驗項目成功投產后，大秦線的煤炭運輸能力將得到進一步提高。 9 N5 [' J; z& j0 |% [* t4 }9 p
在客運列車車輪方面，馬鋼已經制造出每小時200公里以上動車組車輪，試驗中但還沒有投入商業運行的最快已經達到每小時321公里。不過，李翔坦率地說，與國外先進水平比較，馬鋼還有一定差距。比如法國現在已經制造出但未投入商業運行的每小時574公里的動車組車輪。 - N0 S, f2 Y) j7 s/ d) L
但是，馬鋼的目標是世界一流。現在馬鋼車輪產能每年65萬件，產值超過20億元，隨著擴能改造工程今年底完工，馬鋼將具備年軋制100萬件車輪的生產能力，世界最大當之無愧。
作者: 漂流瓶    時間: 2008-9-8 20:34
鋼火車車輪產能世界第一
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- d3 V+ ]& u7 W$ H4 K# \金羊網 2008-06-26 15:32:32  來源:羊城晚報 . x6 @5 [- ?  X4 A6 a+ _# J2 R5 F

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車輪“足跡”遍布國內地鐵,并走出國門  " h3 r  A' V; ]$ H; E8 Y2 g
中國人制造的第一個火車車輪于1964年誕生在馬鋼。在此之前，鄧小平同志說：“中國的火車沒有鞋穿。”他拍板決定在馬鋼建設火車車輪輪箍廠。經過幾十年的發展，馬鋼的車輪不僅生產能力世界第一，技術水平也躍居世界前列。馬鋼車輪公司副總工程師李翔告訴記者，馬鋼車輪不僅占據國內大部分市場份額，其性價比在世界也很有競爭力。韓國地鐵列車用的幾乎都是馬鋼車輪；廣州、上海、深圳地鐵車輪的大部分也來自馬鋼；美國GE公司制造的機車，車輪80％采購自馬鋼。李翔說，歐洲對馬鋼車輪的需求也在持續增加。據悉，去年和今年，美國GE采購馬鋼的機車車輪每年1.8萬件，明年將達到2.6萬件。馬鋼不僅給中國還給世界火車穿鞋。 1 u( P1 b* ^3 y) {  r4 c0 K. E
隨著我國鐵路重載戰略的實施，鐵道部在鐵路貨運中確定重點發展25至30噸軸重、單節車輛載重100至120噸重載列車的目標。馬鋼今年5月完成了與鐵道部合作研制新型重載高速列車車輪的試驗，在大同至秦皇島的大秦線上運行，單節車輛載重80噸，加上自重共100噸，速度每小時120公里，是目前國內貨運列車速度的一倍以上。目前，大秦線重載列車已經達到2萬噸級，這一試驗項目成功投產后，大秦線的煤炭運輸能力將得到進一步提高。 / w# m/ [1 l/ e: @% x+ P& Z
在客運列車車輪方面，馬鋼已經制造出每小時200公里以上動車組車輪，試驗中但還沒有投入商業運行的最快已經達到每小時321公里。不過，李翔坦率地說，與國外先進水平比較，馬鋼還有一定差距。比如法國現在已經制造出但未投入商業運行的每小時574公里的動車組車輪。 * l# i8 I! P0 ]2 \/ R9 B3 T
但是，馬鋼的目標是世界一流。現在馬鋼車輪產能每年65萬件，產值超過20億元，隨著擴能改造工程今年底完工，馬鋼將具備年軋制100萬件車輪的生產能力，世界最大當之無愧。
+ h3 g! A9 F; n- ~) Y% L不好意思發重復了，只有編輯一下，加幾個文字咯。
作者: 漂流瓶    時間: 2008-9-8 20:39
隨著我國鐵路提速戰略的不斷實施，高速鐵路的建設正在積極籌劃和建設之中。高速車輪作為高速列車的重要零部件，起著支撐整個列車的重量，并把驅動力和制動力傳遞給鋼軌的作用，其使用質量直接關系著列車的運行安全和旅客生命財產的安全。為使車輪有良好的使用性能，研究人員對高速車輪材料進行了大量的研究，對碳的質量分數在0.4％～0.7％之間的碳素車輪鋼的研究結果證明，碳的質量分數為0.5％左右的中碳車輪鋼可以獲得較好的綜合性能。但是，僅僅靠調整碳含量很難優化車輪鋼材料的綜合性能，無法滿足高速列車車輪用鋼的要求。在確定降低碳含量、提高鐵素體珠光體向奧氏體相變時的臨界溫度的原則下，還需要采用合適的合金化手段，進一步改善車輪鋼的性能匹配，使車輪更安全有效地服役于鐵路系統。硅、錳是產生固溶強化作用最顯著的合金元素，在車輪鋼中應該保持一定的含量，使鋼的硬度提高。某車輪廠已有的經驗證明，硅和錳的質量分數分別為0.3％和0.7％左右時可以使車輪鋼的強度和硬度顯著提高而韌性沒有明顯的下降。但是，僅以目前的碳、硅、錳元素配比生產的實物車輪在實際運行中仍然暴露出了強度和硬度偏低，耐磨性和抗接觸疲勞性能較差的問題。因此，在成分設計方面，添加微合金元素就成為對高速車輪用鋼進一步強化的主要手段，筆者研究了微合金元素鉻對高速車輪鋼顯微組織和力學性能的影響。
$ D+ w& d0 K% z: d1 r+ j1 實驗材料和方法
/ ?7 a6 e1 t# c- p設計并生產兩爐車輪鋼連鑄圓坯，其化學成分(質量分數)見表1。由于車輪采用的是強制性標準，鉻的質量分數要求≤0.30％，所以含鉻試驗鋼鉻的質量分數按0.15％～0.30％設計，含鉻試驗車輪中鉻的質量分數為0.23％，兩爐鋼其它元素的含量基本相同。為使試驗結果對實際生產有更好的指導性，試驗車輪的生產完全采用與正常車輪生產相同的工藝，即95t轉爐冶煉→LF精煉→VD合金微調→圓坯連鑄→鍛壓軋制→等溫→淬火加熱→淬火→回火→機加工→成品檢驗。 ) G; k4 q) V" i% e+ `/ V# P

. `' g1 h2 b7 ?, n$ D3 y表1 試驗車輪鋼成品的化學成分 % 9 [  @" C0 F: O1 L  W* l: v
試驗鋼號 C Si Mn S P Cr O N
+ Y# |2 G, U2 t9 P* F, U3 R1 0.51 0.33 0.72 0.006 0.015 0.23 0.0024 0.0060 7 C1 e8 L( ^3 Q  d% H/ j* r
2 0.50 0.32 0.72 0.008 0.015 - 0.0018 0.0062
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4 ^/ r  P4 d8 u' Z* V" R, i0 \對成品車輪按照標準取樣，進行拉伸和沖擊實驗等基本力學性能測試。并用光學顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡進行樣品的顯微組織和精細結構觀察，并進行硬度分析。為了解鉻在車輪鋼中的分布情況，對鋼中的滲碳體進行化學相分析。 6 U2 a) B7 O- h3 V) G- E2 M
2 實驗結果 , \. f! A) |8 y
2.1 基本力學性能
. D% |, S. W! k  p+ k5 T4 J4 T對試驗車輪的輪輞進行了常規力學性能試驗，表2和圖1分別是試驗車輪輪輞的拉伸性能、硬度和沖擊性能。從實驗結果可看出，無鉻鋼的強度和硬度都較低，僅為847MPa和HB246，略超過文獻規定的下限指標。和無鉻車輪鋼相比，含鉻車輪鋼材料的強度和硬度有了明顯的提高，增量分別為50MPa和HB15。尤其是距輪輞表面35mm處的硬度在加鉻后有了顯著的提高。還應看到，含鉻鋼的塑性稍有下降，但仍然遠遠超過規定的下限水平。沖擊實驗的結果顯示，加鉻后對沖擊性能有一定的影響，但影響不是太大。 . c' w- {" `, y2 U. ]2 ?
表2 試驗車輪輪輞的常規力學性能 " j; N$ a$ p: m6 L- p' c
試驗車輪 試驗溫度/℃ σb/MPa σ0.2/MPa δ/% Ψ/% 踏面下35㎜處斷面的硬度(HB) * _/ c/ R3 C. `* ?( ~- d0 f
含鉻鋼 21.5 900 570 16.5 45.5 261 % Y& Y5 ~+ z& l0 b- S
無鉻鋼 21.5 847 525 18.0 54.0 246 ; K* l& ]$ c+ i2 O1 a
) x# G/ m, A8 K. X
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% O: }& ~) M4 X3 ^( D, J9 U圖1 試驗車輪輪輞的沖擊曲線(V形缺口試樣)
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4 X. q9 J& ?/ w' r2.2 顯微組織 $ _6 |; ]7 J" E# F
含鉻車輪鋼和無鉻車輪鋼輪輞經熱處理(淬火+回火)后的顯微組織如圖2所示。從圖中可看出，兩種鋼的顯微組織主要是珠光體，含鉻鋼的先共析鐵素體比無鉻鋼略少。另外，含鉻鋼的顯微組織比無鉻鋼的細小，顯示出加鉻對車輪鋼的組織細化有一定的作用。 - U- Q. c* M, h, E3 E# _) D& v
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- H' E/ O5 B1 `( _9 E6 e(a)含鉻鋼；(b)無鉻鋼 - h  v: J0 a3 q) {% M
圖2 輪輞經淬火+回火處理后的顯微組織
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0 p' p8 }! |) }! r, t' Z車輪鋼屬于鐵素體-珠光體型中高碳鋼，其性能取決于鐵素體和珠光體組織各自的體積分數、形態和分布狀況。其中珠光體組織的體積分數占80％以上，其組織形態和分布對鋼的性能有很大的影響。珠光體片層間距的大小，決定了珠光體組織性能的優劣，是車輪鋼材料的一個非常重要的材料參數。影響珠光體片層間距大小的因素主要有轉變溫度和合金元素的含量等。進一步的TEM觀察可以發現，加鉻使珠光體的片層間距減小，使組織得到進一步細化，如圖3所示。加鉻提高鐵在γ相中的自擴散激活能，降低奧氏體轉變為鐵素體和珠光體的形核和長大速度，因而使珠光體的轉變溫度降低，珠光體的片層間距減小。
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3 V3 Y9 p) W6 J4 C- s  R6 }' z& y(a)含鉻車輪鋼； (b)無鉻車輪鋼 " y5 t6 j& w( f
圖3 含鉻車輪鋼和無鉻車輪鋼的珠光體組織(TEM) ; x: x+ [: t% {

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為了驗證加鉻對細化車輪鋼珠光體片層間距的效果，并定量估算含鉻車輪鋼和無鉻車輪鋼珠光體的表觀片層間距，在掃描電鏡下以1～2萬的倍數觀察珠光體，對珠光體片層間距進行大量的數據統計，結果示于圖4(圖中橫軸采用片層間距的倒數來表征，以求更接近珠光體的本征參數)。可以看出，含鉻鋼出現概率峰的片層間距為270～300nm，概率峰值約為0.4，而無鉻鋼出現概率峰的片層間距為330～380nm，概率峰值約為0.3。另外，含鉻車輪鋼的片層間距分布總體向片層間距減小的方向偏移。數據統計的結果說明，加鉻使車輪鋼的珠光體組織產生細化效果，片層間距減小。
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圖4 含鉻鋼和無鉻鋼珠光體片層間距的統計分布圖
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另外，通過化學相分析研究了含鉻試驗車輪鋼中的碳化物，結果顯示，碳化物全部都由滲碳體構成。定量分析發現，滲碳體中溶解有合金元素錳和鉻，其組成是(Fe0.981C0.006Mn0.013)3C，滲碳體中鉻的含量是基體含量的3倍。滲碳體中溶解有鉻等合金元素，使合金滲碳體相更穩定，在奧氏體化過程中滲碳體的溶解速率降低。在高速列車的服役過程中，由于剎車產生摩擦熱，導致車輪表面急劇升溫，甚至達到奧氏體相變溫度，但是這一過程是很短暫的，如果車輪鋼的原始組織中滲碳體相更穩定，將在一定程度上延緩原始組織向奧氏體轉變的速率，從而降低在隨后快冷過程中形成馬氏體的可能。因此，在車輪鋼中加入適量的鉻在一定程度上有助于提高車輪鋼的抗剝離性能。 $ O8 V% ?/ {+ r; ]
2.3 含鉻車輪鋼的性能分析
" z0 R& L8 i/ X8 ^( Y' n高速車輪在實際運行中由于輪軌接觸面在接觸應力的作用下導致踏面表層金屬塑性變形并引發疲勞裂紋的萌生和發展，產生接觸疲勞損傷，結合以前對鐵路提速車輪(型號為KKD、HDS)失效原因的研究分析結果可知，硬度偏低的車輪發生接觸疲勞剝離的可能性較大，車輪的磨耗速度也較快。反之，強度和硬度較高的車輪抗接觸疲勞性能和耐磨性較好。然而，實驗證明，單純增加碳含量來提高車輪的強度和硬度不僅不能提高車輪的服役能力，而且因為顯著降低鋼的韌塑性而使車輪的綜合性能下降。合理的做法是，添加適量的微合金元素，在基本不降低車輪韌性的前提下增加強度和硬度。本研究在鋼中加入少量的鉻，從而提高了車輪的耐磨性和抗接觸疲勞性能。
; |4 H- }' f$ Z7 H1 n: S" c含鉻試驗車輪鋼材料中鉻的添加在鋼中產生固溶強化，其強化效果僅次于硅、錳，而韌性又沒有明顯降低，而且鉻能夠細化珠光體的片層間距。用顯微硬度計和掃描電鏡，研究了車輪鋼珠光體組織片層間距和顯微硬度的關系，數據的統計結果示于圖5。結果顯示，含鉻鋼的珠光體片層越細，珠光體的顯微硬度越高。對于本研究中的車輪鋼，兩者間的定量關系為H=15.9×1/s+187，式中H為珠光體的顯微硬度(HV)，s為珠光體的片層間距。結合圖4對片層間距的統計數據，含鉻和無鉻兩種鋼的珠光體組織的平均硬度約為HV280和HV268，考慮兩種鋼中少量鐵素體還對硬度有稀釋作用，說明以上硬度的計算值和表2給出的硬度的實測值吻合較好。 + y# A, b. K% @- ^
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圖5 車輪鋼中珠光體的顯微硬度與片層間距的關系
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高速車輪在運行過程中還存在的另一種重要的失效形式是摩擦熱導致相變而產生的踏面剝離，即列車在剎車、轉彎時，輪軌間的相對滑動引起摩擦熱，經過急劇的升溫和降溫過程，輪輞表面形成相變馬氏體薄層，在接觸應力的作用下，在馬氏體薄層的尖端發生裂紋的萌生并擴展，最終導致局部區域小塊金屬的脫落。總體來說，產生這種剝離的機制比較復雜，從根本上解決此問題應從提高奧氏體化溫度、延緩奧氏體相變、提高珠光體和貝氏體相變的上限冷速促使冷卻產生非馬氏體相變等人手。蘇航的工作證明在現實中提高珠光體和貝氏體相變的上限冷速是不可行的。前面的相分析結果顯示，加鉻使珠光體組織更穩定，這在一定程度上減緩了輪軌相對滑動期間原始組織向奧氏體化轉變的速率，因此減少了在隨后的冷卻過程中馬氏體相變的可能性，從而提高了車輪的抗剝離性能。 3 e3 b, \# u9 C. f6 L3 \7 L) t
3 結論 % \. T7 t; ]0 }6 w; \, a
在高速車輪鋼中加入少量的鉻，可在保持鋼的韌塑性基本不變的情況下，顯著提高鋼的強度和硬度，有助于提高車輪鋼的耐磨性和抗接觸疲勞性能。這和鉻對基體的固溶強化作用及對珠光體片層的細化作用密切相關。在珠光體中保持一定量的鉻，對提高車輪的抗剝離性能有利。
作者: 漂流瓶    時間: 2008-9-18 21:33
回復了怎么就沒有答復咯？9 a9 W4 B9 N' {+ r
車輪應該就是這樣了，當然D車的不知道。
作者: to080908    時間: 2008-9-20 09:13
佩服，了解了不少知識0 r& V3 H% p, j2 B
謝謝
作者: 老丁1    時間: 2008-9-20 19:39
呵呵，又是一個世界最大。
作者: slayer    時間: 2008-9-23 21:44
佩服！！真有才啊
作者: 商機無處不在    時間: 2008-9-24 13:39
那個大段材料是哪的出處啊  U/ B2 G0 I3 L; ~8 Y
很牛啊，研究車輪的！
作者: zxx2008    時間: 2008-9-25 23:45
長見識啦呵呵
作者: forecreu    時間: 2008-9-26 18:35
D車輪是進口的技術聽說
作者: 憨老馬    時間: 2008-9-29 10:44
不知海哥近況如何,!
作者: iceghoul    時間: 2008-11-20 09:33
標題: 動車
動車聽說是德國進口的核心技術，，因該是可以自己生產的，具體的情況不知道
作者: 西北風zlh    時間: 2008-11-20 11:32
火車車輪有用鑄鋼35CrMo,踏面淬火.
作者: 梟龍    時間: 2008-11-20 16:22
資料這么全,長見識了!
作者: 小痞蛋    時間: 2008-11-25 09:02
我知道日本的新干線采用的是大同的連鑄鋼
作者: 漂流瓶    時間: 2008-11-25 22:50
動車的軸承與車輪，現階段都是進口的。
4 t9 l% s; N9 ^) x* d% s/ D* u1 k: S& U可能下一步會國產化，就看國外技術轉讓的程度了
作者: 盛夏有風    時間: 2008-11-27 11:45
學到不少東西
作者: 碧璽森林    時間: 2011-7-25 10:50
現在國內火車車輪使用50鋼的很少啊，還有鑄鋼輪是有，但質量不可能和輾鋼相比，所以目前只能用在貨車輪，客車輪一般不用鑄鋼輪
作者: 不僅僅是左手    時間: 2011-7-26 11:31

: E. F  j* y1 @; O6 S
  ^+ z9 ~; Q. p& z$ e& W' p- { 第一次看到 國內對材料的 細分研究
作者: 水城游子    時間: 2011-7-28 15:36
期待中國的制造業能有更好的發展
作者: 風起雨后    時間: 2011-7-31 10:19
很強大啊，都是高手啊
作者: 火神云色    時間: 2011-8-3 16:40
這材料很有用，不錯啊
作者: saul    時間: 2011-8-11 15:08
樓上已經有關于材料的回覆了，值得學習。我簡單說一下輪對與鋼軌的潤滑吧，現城軌已經普遍使用輪緣潤滑了，從潤滑材料上分析可分為固體潤滑和油脂潤滑，兩種都有使用，不過據我公司分析油脂潤滑要優于固體潤滑。潤滑方式也分兩種，一種是彎道潤滑，一種是距離潤滑，或者兩者結合。彎道潤滑是在彎道時在外側輪對進行潤滑，距離潤滑是車輛每運行一段距離潤滑一次，距離可調。城軌列車和鐵路列車的輪對材料也略有不同，手機回帖，不詳細說了
作者: 冷水黃金    時間: 2011-8-11 16:11
學習
作者: 妖刀村正    時間: 2011-8-13 12:25
學習了                     
作者: qq05629    時間: 2011-8-14 18:47
日本和德國的動車技術吧
作者: 605785594    時間: 2011-8-16 13:07
聽說，動車幾乎全是德國技術，
作者: lihanlin    時間: 2011-8-28 23:08
現在地鐵機車車輪材料一般都是ER8，ER9，具體看標準EN13262就知道了。
作者: lovemy006    時間: 2011-8-29 09:09
哇哇  人才呀
作者: dao558    時間: 2011-9-4 23:17
軌道鋼，含Mn量很高



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