杨怀波
郑州中建深铁轨道交通有限公司， 河南 郑州 450000
摘要：近几年，锻造钩舌也一直处于研发过程中，经疲劳试验证实相比铸造钩舌寿命可提高一倍多，现已实现小批量出口并应用于国外重载货车。现阶段，在短期内难以大规模改造线路实施高速化的情况下，客车的扩编和货车的重载化便成为必选项。而扩编和重载必然会增大车辆载荷，在保持自重总体不变的条件下，欲适应更高载荷必然要使用新材料，转向架和钩缓装置上的重要承载件面临材料快速升级更新的课题。
关键词：铁道车辆；关键承载件；承载件材料技术
引言：
进入21世纪以来，铁路货车已经发展到一个重载、提速的新阶段，这标志着铁路货车发展到了一个新水平新阶段，但这一阶段货运车辆遇到了更严酷的运输环境，更新换代的新型车辆能否完全适应其运用环境，还需要分析验证，同时对车辆强度提出了新的要求。落后的标准会阻碍车辆性能的提高，降低其运用可靠性。因此，需要对其关键承载件材料技术加强研究，以提升车辆可靠性。
1铁道车辆低合金钢材料的研发过程
现阶段，我国ZG230－450材料性能已超过Ａ级钢，平均水平达到了Ｂ级钢，故最初研发目标是Ｃ级钢。大秦铁路全线通车后，重载目标由满足5000ｔ级列车运用提升到10000ｔ，Ｃ级钢尚未开始全面批量应用又开展了Ｅ级钢的研发。考虑到当初低合金铸钢在机车车辆上应用较少以及焊修低合金钢铸件的能力不足，因此研发的低合金钢钢种的首要目标是可焊性应良好[1]。1983年、1987年、1993年有3个钢种先后通过铁道部鉴定，分别是ZG24SiMnVTi、ZG32ＭｎＭｏＮｉＣｕ、ZG２５ＭｎＣｒＮｉＭｏ（其中ZG24SiMnVTi钢种由于多种原因未获批量推广）。鉴于国际上万吨级重载列车采用更高强度的Ｅ级钢车钩的发展趋势，１９９０年、１９９５年铁道部又鉴定批准了采用ＺＧ２９ＭｎＭｏＮｉＣｕ或ＺＧ２５ＭｎＣｒＮｉＭｏ钢种、经淬火＋回火工艺达到ＡＡＲＭ２０１要求的Ｅ级钢，进一步将车钩的破坏强度提高至3.5ＭＮ等级，１９９６年开始推广使用。客车方面，为了提高车钩强度，也同步研制了低合金高强度Ｃ级钢，提高了客车车钩的钩体、钩舌等零件的强度，整钩的强度安全余量也大幅提升，从而保障了扩编至２０辆列车的运行安全。在转向架侧架、摇枕中应用低合金钢新材料也使转向架整体水平有了极大提高，目前已批量出口包括美国在内的许多国家，产品技术水平达到了世界先进水平。
2铁道车辆车体及设备载荷工况
2.1车体疲劳载荷
车体结构的疲劳寿命至少107循环，当承受以下规定的载荷时，出现故障的可能性（可靠度，存活率）至多2.5%。载荷由加速度因子来确定。若相关，也需考虑其他疲劳载荷情况。通常认为每个载荷工况都是单独作用，所以最后应将单个工况的损伤进行累计。
2.2车体设备载荷工况
在车辆正常运行中，间接或直接连接到车体的设备和组件均应保持连接性。若在脱轨、重大侧翻以及小-中碰撞情形中，也应保持车体附件的完整连接性。在本章节提到加速度和力均为整体车体加速度。局部产生的加速度、力和作用在设备上的共振均应另外考虑。设备及安装结构的疲劳寿命至少107循环，当承受以下规定的载荷时，出现故障的可能性至多2.5%。载荷由加速度因子来确定。若相关，也需考虑其他疲劳载荷情况。通常认为每个载荷工况都是单独作用，所以最后应将单个工况的损伤进行累计。故障归为结构性缺陷的车辆不再用于服务运行。
2.3碰撞载荷工况
当车辆模拟与类似车辆迎面相撞时车端结构应至少吸收1.0MJ。车体压溃距离，如发生永久结构变形的距离，不超过1.0m。
对于多编组车辆和固定编组列车的车辆，此力不超过3000kN，但最好限制在最高2500kN。除了以上对于多编组车辆和固定编组列车的车辆中规定，补充规定一，在与类似车辆最大速度为60km/h碰撞理论理论计算中，能量吸收应分配到车体两端[2]。但极限载荷不能改变。补充规定二，在与类似车辆进行碰撞理论计算中，每列车的2MJ能量吸收应分配到车端，可以通过增大最大速度，使得乘客区间部分破坏最小。在模拟严重碰撞中，当车体端车钩中心线以上350mm高度承受超出标准载荷的负载，车端结构至少应吸收能量0.5MJ。
3低合金钢研发及应用过程中存在的问题及解决措施
3.1裂纹
普通表面裂纹通常是由于内部缺陷或材料补缩不足引起的。网状裂纹是一种表面裂纹，其特点是：裂纹深度较浅，一般在0.01～1.5ｍｍ左右；裂纹走向具有任意方向性，与零件外形无关，许多裂纹相互连接构成网状；裂纹分布面积较大；当裂纹变深时，网状逐渐消失，达到１ｍｍ以上时，就变成任意走向的或纵向分布的少数条纹[3]。普通表面裂纹只能从工艺上采取措施，通过合理设置冒口位置和大小保障钢水补缩量，放置冷铁提高局部冷却速度后，一般都能得到良好解决。网状裂纹属比较常见的缺陷，多发生在热处理过程中，至今仍存在一定的发生率，但因其深度浅，易于消除，而且这种缺陷后期也基本不扩展，多数属无害缺陷。
3.2焊补裂纹
铸造件难免会有局部缺陷或成型不良，需进行清铲后的焊补处理。解决焊补裂纹的主要措施是彻底清除内部缺陷后方可焊补，否则仍会再次发生裂纹。
3.3组织偏析
组织偏析表现为断口组织不均匀。金相检查发现，合金元素分布不匀，有硬质颗粒点存在，降低了材料整体性能。后通过适当延长沸腾时间、提高出钢温度、采用保温冒口等措施解决了此问题。
3.4冷隔缺陷
冷隔是钢水浇铸后流动过程中产生的类似分层现象，“层”间有明显皱褶，长期运用后易衍生成裂纹，对产品疲劳性能产生较大影响。合金化钢水的问题是流动性、透气性、散热性均较差，当钢水包内钢水量剩余1/3以后，钢水温度明显下降，流动性变差，使流动过程发生间歇性不连续，是铸件发生冷隔的主要原因。为此，采用浇前对铸型烘烤处理，使铸型干燥的同时提高型腔温度，变相保证了钢水流动性，避免了易生冷隔的问题。
3.5材料成本
20世纪80年代初最早研发低合金钢钢种时，以国内资源丰富的Ｍｎ、V、Ti类合金元素为主，通过合理搭配研发成功了一种低成本、具有较好可焊性的低合金钢材料，属国内铁道车辆行业最早应用于关键承载部件的低合金钢钢种，但因多种原因未获大范围推广应用[4]。目前应用的铸造低合金钢为ＺＧ２５ＭｎＣｒＮｉＭｏ，其中的Ｎｉ和Ｍｏ元素均是我国稀缺品种，国际市场上价格也始终处于高位，造成目前铸造低合金钢成本较高，一定程度上影响了材料应用的经济效益和社会效益。今后应积极开展低成本替代材料的研发。
结束语：
综上所述，随着材料强度等级的提高，工艺性变差、缺陷增加、材料脆性增大导致裂纹严重的问题也十分突出，成为进一步提高强度的瓶颈。为解决这一问题，自2005年开始，我国便开始从工艺革新入手解决材料强度难以继续提高的难题。这使以前难以想象的复杂承载件由铸造转换为锻造，突破了材料应用技术上升的瓶颈，目前已在该领域成功引领了行业技术发展，期待下一步能在更大范围内推广应用这一先进材料和工艺技术。
参考文献：
[1]李汉堂.铁道车辆用压电橡胶[J].现代橡胶技术,2019,45(06):9-18.
[2]陈梦.铁路车辆车内装饰材料禁用限用物质分析[J].铁路节能环保与安全卫生,2019,9(05):10-13+26.
[3]侯明山,李秀景,高小尧,张星.高耐蚀铁道车辆用钢耐腐蚀性研究[J].山西冶金,2019,42(04):56-58.
[4]田建忠.铁道车辆用转K6型承载鞍鞍面加工[J].金属加工(冷加工),2018(12):32-35.