第三節　鐵路車輛常用材料

一、金屬材料

（一）鑄鐵

1.概念及分類

鑄鐵指平均含碳量大于2.11％，且含有S、P、Si、Mn等元素的鐵碳合金。

鑄鐵與鋼相比，抗拉強度、塑性和韌性較差，但具有良好的鑄造性、切削加工性、減摩性、減振性和對缺口的低敏感性。

根據碳的存在形式不同，分白口鑄鐵和灰口鑄鐵兩大類。

（1）白口鑄鐵：碳全部以滲碳體的形式存在的鑄鐵，斷口呈銀白色。白口鑄鐵性質脆而硬，不容易加工，所以不宜用作結構材料，一般作為煉鋼或生產鑄件的原料。

（2）灰口鑄鐵：碳全部或大部分以游離的石墨形式存在的鑄鐵，斷口呈暗灰色。

按石墨的形態不同，灰口鑄鐵可以分為普通灰口鑄鐵（簡稱灰口鐵）、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。

①灰口鐵：灰口鐵的石墨呈片狀。片狀石墨對金屬基體有割裂作用，機械性能較差，但是生產工藝簡單、價格低廉。灰口鐵常用的牌號有HT150、HT200、HT350等。牌號中“HT”是灰鐵二字的第一個拼音字母，后面的數字表示最低抗拉強度值。

②可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵的石墨呈團絮狀。團絮狀石墨對金屬基體的割裂作用有所減輕，所以具有較高的強度，并且具有一定的塑性，性能比灰口鐵好。常用的牌號有KTH330-08、KTH370-12、KT2650-02等。牌號中“KT”是可鐵二字的第一個拼音字母，“H”表示黑心，“Z”表示珠光體，二組數字分別表示最低抗拉強度（MPa）和伸長率。

③球墨鑄鐵：球墨鑄鐵的石墨呈球狀。球狀石墨對金屬基體的割裂進一步減輕，可以充分發揮出金屬基體的性能，強度和塑性比灰口鑄鐵和可鍛鑄鐵都好。主要的牌號有QT400-18、QT600-3、QT900-2等。牌號中“QT”是球鐵二字的第一個拼音字母，后面的二組數字分別表示最低抗拉強度和伸長率。

（二）碳素鋼

碳素鋼又稱碳鋼，是指含碳量小于2.11％并含有少量S、P、Si、Mn等雜質的鐵碳合金。碳鋼具有較好的機械性能和工藝性能。

1.分類

（1）按碳鋼的化學成分

分低碳鋼[w（C）<0.25％]、中碳鋼[0.25％≤w（C）≤0.60％]和高碳鋼（w（C）>0.60％]。

（2）按碳鋼的品質

分普通碳素鋼[w（S）≤0.055％、w（P）≤0.045％]、優質碳素鋼[w（S）、w（P）≤0.040％]和高級優質碳素鋼[w（S）≤0.030％、w（P）≤0.035％）。

（3）按鋼的用途

①普通碳素結構鋼

常用的牌號有Q235、Q235A、Q255等，主要用于制造不重要的機械零件，如開口銷、螺母、螺栓、橋梁結構件等。

②優質碳素結構鋼

常用的牌號有20鋼、35鋼、40鋼、45鋼等。主要用于制造軸、齒輪、連桿等重要零件。

③碳素工具鋼

常用的牌號有T8、T10、T12等，主要用于制造低速切削刀具、模具、量具及其他工具。

④壓力容器鋼

常用的牌號有20R、16MnR、15MnVR等，主要用制造各種壓力容器。

（三）合金鋼

合金鋼是指在碳鋼中特意加入一種或幾種合金元素以改善其性能的鋼。

1.分類

（1）按用途分

①合金結構鋼：用于制造機構零件和工程構件。

②合金工具鋼：用于制造各種刀、量、模具。

③特殊性能鋼：有特殊性能的鋼，如耐熱鋼、不銹鋼等。

（2）按所含合金元素的含量

①低合金鋼：合金元素總含量小于5％。

②中合金鋼：合金元素總含量為5％～10％。

③高合金鋼：合金元素總含量大于10％。

2.牌號及用途

（1）合金結構鋼

按熱處理工藝特征不同分為合金滲碳鋼和合金調質鋼。

①合金滲碳鋼

常用的牌號有20Cr、20Mn2、20CrMnTi等，主要用于制造既承受沖擊載荷作用，表面又受到強烈磨損的零件，如變速齒輪、齒輪軸、活塞銷等。

②合金調質鋼

主要用于制造承受較大交變載荷與沖擊載荷的重要零件，如發動機曲軸、傳動齒輪等。

（2）合金工具鋼

常用的牌號有9Mn2V、9SiCr、CrWMn、W18Cr4V、Cr12MoV等。主要用于制造形狀復雜、尺寸大的模具、高速切削的刀具和量具等。

（3）合金彈簧鋼

應用最廣泛的是55Si2Mn、60Si2Mn等。主要用于制造各種彈簧或彈性元件。

（4）特殊性能鋼

①不銹鋼

常用的有1Cr18Ni9Ti、3Cr13等，主要用于制造在強腐蝕性介質中工作的吸收塔零部件、管道、容器等。

②耐熱鋼

常用的有4Cr14Ni14W2Mo、15CrMo等，主要用于汽輪機葉片、飛機發動機的排氣閥等零件。

③耐磨鋼

常用的為ZGMn13，主要用于制造鐵路道岔、坦克的履帶、挖掘機的鏟齒等。

（四）金屬熱處理

1.普通熱處理

（1）退火：將鋼加熱到某一溫度，保溫一段時間后緩慢冷卻（如隨爐冷卻）到室溫的一種熱處理工藝。

退火的目的是降低硬度，提高塑性，改善切削加工性及便于冷沖壓；細化晶粒，均勻組織，提高機械性能，并為淬火作組織準備；消除殘余內應力。

根據目的不同，退火可分為完全退火、球化退火、等溫退火、低溫退火和再結晶退火等。

（2）正火：將鋼加熱到某一溫度，保溫一段時間后出爐空冷的一種熱處理工藝。

與退火相比，正火冷卻速度較快，所得的組織比退火細，所以正火后機械性能比退火好，但是消除內應力不如退火徹底，所以低碳鋼常用正火代替退火。此外，低碳鋼正火后，硬度有所提高，改善了鋼的切削加工性。

（3）淬火：將鋼加熱到某一溫度，保溫一段時間后浸入冷卻介質（水及水溶液、油、堿浴）中急速冷卻的一種熱處理工藝。

淬火的目的是使鋼提高強度、硬度和耐磨性，充分發揮鋼的潛能。淬火是鋼件強化最有效、最經濟的熱處理工藝。

（4）回火：回火是將淬火后的工件重新加熱到某一溫度并保溫一段時間后，在空氣、水或油4中冷卻的方法。

回火的目的是降低淬火鋼的脆性，消除或減小工件淬火的內應力，穩定內部組織。

根據溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。

①低溫回火

回火溫度為150～250℃。目的是降低淬火件的內應力，減小脆性，主要用于各類工具、刀具、量具、模具及滲碳件。

②中溫回火

回火溫度為350～500℃。目的是得到較高的彈性、屈服點和適當的韌性。

③高溫回火

回火溫度為500～650℃。目的是使工件獲得強度、塑性、韌性都較好的綜合機械性能。生產中常把淬火后再進行高溫回火的復合熱處理工藝稱為“調質”。調質處理適用于各重要結構件，如連桿、軸、齒輪等。

2.表面熱處理

表面熱處理可分為表面淬火和化學熱處理兩大類。

（1）表面淬火

表面淬火是對工件進行快速加熱，使工件一定厚度的表層迅速達到淬火溫度，然后迅速冷卻使工件表層獲得高硬度的淬火組織，而心部卻保持著原始組織的一種淬火方法。

表面淬火種類很多，常用的有火焰加熱表面淬火和感應加熱表面淬火。

火焰加熱表面淬火是利用氧氣、乙炔火焰的高溫對工件表面進行快速加熱到淬火溫度，隨后急冷的一種表面熱處理方法。

感應加熱表面淬火是利用強大的高頻感應電流對工件表面快速加熱到淬火溫度，隨即急速冷卻的一種熱處理方法。感應表面淬火后的工件，應當及時進行回火，以減少淬火內應力，防止開裂。

3.化學熱處理

化學熱處理是將工件置于適當的活性介質中加熱和保溫，使介質中的一種或幾種化學元素滲入工件表層，以改變表層化學成分、組織和性能的一種熱處理工藝。

滲碳是最常用的化學熱處理之一，可使工件在熱處理后表面具有較高硬度和耐磨性，而心部仍保持良好的強度和韌性。因此它廣泛應用于較強摩擦的情況下工作，并承受交變載荷、沖擊載荷和載荷較大作用的工件，如活塞銷、變速齒輪等。

根據滲碳劑的不同，可分為氣體滲碳法、固體滲碳法和液體滲碳法三種。

（1）氣體滲碳法

氣體滲碳法是將工件置于密封的加熱爐（如井式氣體滲碳爐）內加熱，并通入含碳氣體或直接滴入含碳有機液體（如煤油、丙酮等），經高溫分解后產生活性碳原子先吸附在工件表面，然后向工件里層擴散而形成擴散層，從而使工件表層增碳的過程。

（2）固體滲碳法

固體滲碳是將工件裝入滲碳箱內，四周填滿填實滲碳劑后加以密封，然后進行加熱和保溫的一種滲碳方法。

二、尼龍和橡膠

1.尼龍

尼龍材料的優點是在常溫下具有較高的抗拉強度，良好的沖擊韌性、硬度和疲勞強度，耐油性好，摩擦系數低，缺點是熱變形溫度低、使用溫度低（80℃以下）、吸濕性大、在日光曝曬下或浸在熱水中都容易引起老化。

尼龍適合制作軸承、齒輪、凸輪、渦輪、泵及閥門零件、墊圈、密封圈、薄膜、汽車零件及油箱等。

2.橡膠

橡膠是一類彈性高分子材料，分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。廣泛用于制作輪胎、軟油箱、軟管、運輸帶、膠布、密封件或減振元件等。

三、高分子材料

高分子材料是以高分子化合物為基礎的材料。由于其獨特的結構和易改性、易加工特點，廣泛用于國防建設和國民經濟各個領域。

高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復合材料。

由于高分子材料具有突出的耐磨性、低的摩擦系數，車輛心盤磨耗盤及旁承磨耗板、斜楔材料等均已采用高分子材料。

四、鐵路車輛用潤滑油脂

（一）潤滑油脂的特點

根據鐵路車輛滾動軸承等零件的結構和使用條件，一般均采用潤滑脂潤滑。

潤滑脂是由潤滑油稠化劑及添加劑組成的膏狀混合物。特點是：油膜強度高、能承受較高的負荷；緩沖性能好，能承受較大的沖擊和振動；黏附性能好，在低、中速時不易流失；密封和防護性能好，可有效防止灰塵、水分及其他有害物質侵入軸承；黏溫性能好，油脂黏度受溫度變化的影響較小，可在較大溫度范圍內使用。

（二）潤滑脂種類

1.冬夏通用車軸油

利用石蠟基、中間基原油的適宜餾分作為基礎油，加入適量增黏、降凝等添加劑，解決低溫性、黏溫性和潤滑性等幾項關鍵指標，成為冬夏通用車軸油。

2.鐵道車輛滾動軸承潤滑脂

換脂期為5年或50萬km的鐵道車輛滾動軸承Ⅱ型脂及新制的Ⅲ型脂和Ⅳ型脂可分別適用于鐵路客、貨車。

3.車輛心盤潤滑脂

含有天然鱗片石墨及多種添加劑的鋰基脂，具有優良的極壓、抗磨、抗水、抗銹蝕性及高低溫性能的車輛心盤潤滑脂，適用于鐵路車輛心盤。

4.車鉤配件用潤滑脂

由于黏性潤滑脂通常會粘附磨損性物料，有加速零件磨耗的趨勢，因此在潤滑車鉤系統時只能采用干性潤滑劑。干性潤滑劑須采用二硫化鉬粉，用酒精等易揮發的非石油類物質調制。