铁道材料工程技术的进展研究

段家宝 李新明 李常胜

摘要：随着社会的不断进步，铁路运输业蓬勃发展，铁路运输对人们的生活影响日益增大，铁路运输的发展给人们的生活带来了很大的便利，同时也促进了国家的经济发展。在铁路工程中，铁路的材料问题对铁路建设的影响很大，文章就铁路材料工程技术的发展进行研究，并探讨了新世纪铁路高新材料的应用前景。

关键词：材料工程；铁路新材料；高速列车

中图分类号：K826 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0124-02

随着科学技术的进步，在世界各国，兴起了一场以铁路网为核心的铁路革命，各国都在进行激烈的高速化竞争，我国铁路工程建设也在迎接这种挑战，修建高速铁路是我国目前的主要任务，利用高新技术对高速铁路进行建设，并运用先进的材料与工程技术，可以缓解目前我国铁路运输的紧张状态，因此对铁道材料工程技术的研究至关重要。

1 高速铁路与材料工程技术

1.1 高速列车结构轻量化材料

实现高速列车结构轻量化，可以有效的节约能源，同时减少对铁路线路的损坏。并且，高速列车轻量化，主要以降低轴重与减少簧下重量为主，降低轴重涉及到列车的整体，降低列车的车体重量、转向架以及车内设备等部件重量。而簧下重量則是指转向架本身的材料与工艺选择结构的优化。对于我国现今的高速列车，在轴重限制的条件下，必须要利用工程技术方面实现列车结构轻量化。

1.1.1 车体轻量化材料。高速列车车体材料主要是轻质铝合金，要想研制出全焊接大型挤压铝合金整体结构的车体，必须要考虑是否能够生产出同车体长度相同，并且四壁较薄、宽幅、中空的铝合金型材。可以利用加锂铝合金，加锂铝合金密度小，弹性高，可塑性很强，发展潜能很大。对于车体的构造，可以利用镍镉奥式不锈钢，这种不锈钢的抗击能力很强，耐热性很好，重量轻并且使用寿命长，成本相对比较低，所以很适合车体的构建。

1.1.2 转向架轻量化技术。高速列车可以采用驱动制动一体的半体悬式，有效的减少了簧下重量，但是这种结构的设计必须要有先进的工程技术为前提，对于驱动制动单元的双空心轴驱动装置材料工艺问题主要有三个方面：（1）六连杆橡胶关节问题，要重视耐温耐老化的橡胶关节元件的研究开发；（2）铝合金铸造齿轮箱的问题，铝合金铸造齿轮箱应选用高强度的铝合金，要注意壁薄这一问题，要减轻重量；（3）空心轴与转向盘的焊接，要保证焊接质量。为了保证焊接质量，要采取机器人技术，提高焊缝处的疲劳强度，加强对焊缝的检验。高速列车车辆构架可以选用复合材料，从而降低重量，独立是旋转车轮转向架就是一个很好的选择，这种构架可以很好的减少轻轨磨损与噪声。对于轴箱来说，应该采用优质铝合金，运用空心轴，要对轴座处进行处理，以防止磨损。

1.1.3 复合材料。为了保证高速列车的防火功能，可以采用玻璃纤维增强的酚醛脂基复合材料，这种材料遇到火焰不会燃烧，并且发出的烟雾很少，降低了有毒烟雾的浓度。这种材料不仅可以作为车内装饰，而且在高温下也可以连续使用。在高速列车的底板、天花板一般都采用夹层结构复合材料，有些高速列车的车头也会采用这种材料。

1.2 高速列车功能性材料

1.2.1 橡胶材料。高速列车中运用橡胶元件有效的起到了缓冲、隔音、密封等作用，但是橡胶材料在使用中，会出现老化，容易产生故障，所以在对橡胶材料的选择时，要合理科学，以保证设计使用的要求。

1.2.2 制动材料。现今高速列车的制动形式普遍是摩擦制动中的盘形制动，高速列车的制动盘必须要采用高强度抗热量的合金锻钢，所以要研制可以抗高温防热裂的复合金属基材料，现今研究的C—C复合材料则具备这一点。对于闸片材料一定要选择耐热耐磨的材料，稳定其摩擦系数。

1.2.3 受流材料。随着高速列车的车速不断提高，必须要避免车速过快而造成的离线不能受电的后果，要研制提高导线的张力与波动传播速度的复合型导线。与导线相连接的滑板，要求其质量一定要高，要有良好的带电摩擦特性，其强韧性一定要高。

1.3 高速铁路用的钢轨

对高速钢轨也要十分重视，其表面的损伤会影响高速列车的行驶。由于高速列车速度过快，所以在高速的情况下，列车与轨道之间的粘着力回暖下降，所以，要提高钢轨表面的粘着力，研制出高摩系数的固体润滑帮，将高摩系数的罐体润滑棒作用于车轮踏面，从而转移到钢轨表面可以增强其粘着性。在高速列车上装载喷油器，使其能换购在高速行驶中向钢轨两侧喷油，从而减少摩擦。

2 新材料新工艺的应用

2.1 高速智能材料

很多专家都在利用先进的技术研制高速智能列车，比如为了提高列车的曲线通过能力，采用了可倾式车体，利用电子轮可控转向架技术解决了曲线轮轨磨损与高速运行的稳定。这些先进的技术必须要利用计算机技术来实现，要利用大功率的电子元件与先进的控制技术，并且研制出相应的传感材料以及信息数据处理系统。高速智能列车在各个方面都要使用智能材料，智能材料可以根据环境而进行变化，以发挥最大的作用，所以这就必须要将软件系统植入智能材料结构中，使科技与材料相互结合，形成智能材料。

在电子材料中，如果计算机和通讯系统发生故障，是系统中的一些元件失效或是电路板之间焊接发生松动，将会导致严重的后果，但是如果使用智能材料，则会很好的解决这一问题，智能材料可以在发生故障前自我察觉，将故障进行自我修复，从而有效的避免的事故发生。

2.2 超导磁悬浮列车与超导材料

超导磁悬浮列车利用超导磁体，以磁力排斥为出发点，磁悬浮之间的间隙很大。采用电磁体的超导磁悬浮列车，以磁性吸引力为出发点，使用更加方便，零件之间的制造公差也很大。只有采用超导磁体才能更好的增强磁场强度，减轻列车重量。采用高温超导材料可以有效的促进超导磁悬浮列车的发展，对于高温超导材料的研究，要以两个方面为主：首先高温超导物质是由氧化物组成的脆性材料，想要将它制成可缠绕性的柔软性线材十分困难，所以在工艺上要采取混合的技术，利用机械合金化方法研制金属芯线，并在其表面利用成膜技术制出超导薄膜，最后得到的超导线材比较柔软。其次，对于超导磁悬浮列车，临界温度要高，而且临界的磁场强度与电流密度也要高，详细的说，在液氮温区，10T的磁场下，高温超导体的临界电流密度必须要达到105～106A/cm2以上，但是目前的技术还无法达到，所以对于实用化的超导材料的研究在现在科技领域十分

重要。

3 结语

在现今科学技术不断发展进步的时代，铁路技术逐步向高科技化转变，给人们的日常生活带来了很大的方便，对国家的经济发展有着重大的影响，我国正在进行高速铁路的建设，利用先进的科学技术，来实现高速铁路的智能化建设，国家正在大力研究智能化材料，改进完善高铁建设工程，由智能材料研究而成的智能列车，不仅有效地提高了高速列车的车速，同时也加强了对其的控制，增强了安全性与稳定性。

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作者简介：段家宝（1991—），男，湖北人，大连理工大学学生。