§ 8. 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 содер­ жанием меди (09Г2Д, 09Г2СД, 10Г2С1Д, 10ХСНД, 15ХСНД, ЮХНДП). Сталь 10ХНДП имеет повышенные механические ха­ рактеристики и коррозионную стойкость в атмосферных условиях, поэтому ее рекомендуют применять в тонкостенных элементах конструкции толщиной до 6—8 мм. Перспективной для изготовле­ ния 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. _

67

Таблица 12

	Толщина проката, мм	Механические свойства (ие менее)
Сталь		Предел прочности кгс/мм2	Предел текучести «V кгс/мм2	Относи­тельное удлинени б6> %	Ударная вязкость ан, кгм/см2, при
					20° С	-20° С -40° С
СтЗкп	До 20 21—40 41 — 100	37 37 37	24 23 22	27 26 24	—	—	—
СтЗпс, СтЗсп	До 20 21—40 41 — 100	38 38 38	25 24 23	26 25 23	5-11	3—5	—
СтЗГпс	До 20 21—40 41—100	38 38 38	25 24 23	26 25 23	5—10	3—5	—
Ст5пс, Стбсп	До 20 21—40 41—100	50 50 50	29 28 27	20 19 17	—	—	—
Ст5Гпс	До 20 21—40 41—100	46 46 46	29 28 27	20 19 17	—	—	—
15 20 25 30 35 40 45 16Д	80 80 80 80 80 80 80 До 20	38 42 46 50 54 58 61 38	23 25 28 30 32 34 36 24	27 25 23 21 20 19 16 26	9 8 7 6 5 3,5	3,5	—
09Г2, 09Г2Д	До 4 5-9 10—20 21—32	45 45 45 45	31 31 31 30	21 21 21 21	—	—	3,5 3 4
09Г2С, 09Г2СД	До 4 5—9 10—20 21—32 33—60 61—80	50 50 48 47 46 45	35 35 33 31 29 28	21 21 21 21 21 21	6,5 6 6 6 6	—	4 3,5 3,5 3,5 3,5

68

Продолжение табл. 12

			Механические свойстве		(не менее)
					Ударная вязкость
Ста	Толщина	Предел прочности	Предел текучести <тт,	Относи-	аи, кгм/см2,		при
				удлиие-	20° С	—20° С	—40° С
		кгс/мм2
10Г2С1,	До 4	50	36	21	—	—	—
10Г2С1Д	5-9	50	35	21	6,5	—	4 3
	10—20	49	34	21	6	■—
	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	—	—	4 3
10Г2БД	5-9	52	38	21	—	—
	10	52	38	21
10ХСНД	До 4	54	40	19	—	—	5
	5—9	54	40	19	—	—
	10—15	54	40	19	—	—	4
	16-32	54	40	19	—	—	5
	33—40	52	40	19		~	5
15ХСНД	До 4	50	35	21	—	—	4
	5—9	50	35	21	—
	10—20	50	35	21	—	—	3
	21—32	50	35	21			3
10ХНДП	До 4 5-9	48 48	35 35	20 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 сравне-

69

нию 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 н 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, газонасы­щенности, 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

70

71

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.).

72

73

Таблица 15

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

* П — полунагартованное состояние; Н — иагартованное состояние; М — ото­жженное состояние; Т — закалка и естественное старение; TI — закалка и искусствеииое -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 окргску 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 дизель-

74

поездов, 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 бумажно-слоистый 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 термовиброустойчивостью и низкой гигроскопич­ностью. В качестве гидроизоляции кузова и гидрозащиты тепло­изоляционных материалов рекомендован полимерный пленочный материал.

Широкое распространение в вагоностроении получил пенопо-листирол, применяемый для производства пенопласта. Пенопласта 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

75

Таблица 16

Наименование	Рабочая среда	Резина (ТУ 38.0Э5.204—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.