高铁用材料的现状和发展趋势.pdf

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1、高铁用材料的现状与发展趋势郑州大学材料科学与工程学院橡塑模具国家工程研究中心陈静波2010-12-1高速铁路是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。世界高铁发展状况其他22%中国40%德国9%法国12%日本17%世界高铁运营里程分布图•世界第一条高速铁路——日本新干线于1964年成功运营，最高时速300公里。•目前已有11个国家和地区共14，000余公里高速铁路投入运营。日本新干线法国TGV德国ICE京津城际高铁我国高速铁路现状2010

2、.08.18来源：人民网目前，中国大陆投入运营的高速铁路已达到6920公里我国高速铁路运营里程居世界第一位，其中：•新建时速250～350公里的高速铁路有4044营业公里•既有线提速达到时速200～250公里的高速铁路有2876营业公里•正在建设中的高速铁路有1万多公里•全国铁路每天开行高速列车1000列左右，平均上座率达到101.7%。高速铁路为广大旅客创造了美好生活中国大陆目前已开通的高铁线路2008年8月1日，京津城际高铁通车2009年4月1日，石太客运专线通车2009年9月28日温福、甬台温铁路通车2009年12月26日，武广高铁建成通车

3、2010年1月28日，郑西高铁相继建成通车2010年4月26日，福厦高铁通车2010年5月1日，成灌高铁通车2010年7月1日，沪宁高铁通车2010年9月20日，昌九城际高铁通车2010年10月26日，沪杭高铁通车动车组主要用于城际间旅客运送CRH2型CRH1型CRH5型CRH3型2020年，四个城际快速客运系统将全面建成预计到2020年，高速铁路建设里程将超过1.8万公里，形成整体的高速铁路网。高速铁路的建设将带来巨大的商机。--2小时城市辐射圈北京武汉上海广州高速铁路用材料铁道车辆（车体、转向架、车辆内装及设备）轮-轨受电弓滑板制

4、动摩擦路基等高速需要大的动力，导致更大的振动。为满足节能、安全、环保、舒适目标，对于高速铁路用材料的要求：轻质高强隔振减振高铁轻量化材料车体不锈钢和铝合金与普通钢相比，不锈钢减重40%。不锈钢车体不易解决车体气密性问题，只用于制造时速200公里级的车体。由于铝合金比强度高，特别是大型空心薄壁铝材轧制技术的完善，成为高速列车车体最理想的材料。铝合金车体的发展•轻量化车体用中空双表面大型铝合金挤压型材,可大幅度减少焊接工作量，简化车辆的制造工艺。•日本新干线选用的铝合金大体上有：Al-Mg系合金、Al-Mg-Si系合金，Al-Zn-Mg系合金。如

5、5083、7003等牌号的铝合金。由于车辆轻量化的要求越来越高，于是人们把目光注视到复合材料上来。复合材料与金属材料力学性能对比复合材料车体的发展玻璃纤维增强聚酯车头芳纶纤维增强环氧车头意大利ETR500高速列车的车头前突部分采用的是芳纶纤维增强环氧树脂的FRP，用这种材料模型成型的符合空气动力学线型要求的车头，具有优异的抗冲击能力，当列车以300km/h速度行驶时有很好的尺寸稳定性。法国国营铁路公司（SNCF）认为对于未来的TGV高速列车，考虑到迫切需要进一步减轻车体质量，采用碳和玻璃纤维强化环氧树脂包覆发泡蜂窝材料芯,制造双层挂车，并进行线路运行试验

6、，对其耐火性、抗冲击强度等进行运行测试，结果表明：法国TGV双层高速列车复合材料车体的制造工艺是有效的，它比铝制或钢制车体的强度大，用碳纤维复材预计可比铝制车的质量减少25%；复合材料车体在振动性能、透声性能和绝热性能方面的优点，提高了车体的舒适性。转向架能相对车体回转的一种装置,起支承车体、转向和制动的作用，并保证机车车辆在轨道上安全平稳地运行。转向架的构架是特别重要的高强度部件，关系到整个车辆安全性。转向架必须满足安全、运行舒适度以及耐磨损、易检修等要求。多采用优质碳素钢、低合金低碳高强度钢、耐候钢制造的构架。近来研究热点为高分子复合材料和铝合金

7、制造的构架。德国开发了世界上第一个纤复合材料的转向架构架，并过了静态模拟实验、耐久试验、运行试验，运营了100多万km后检测未现任何损坏、磨损或撕裂。车辆内装及设备车辆内装及设备主要有装饰板、厕所、盟洗室、座椅及水箱等,应以铝合金和高分子材料为主,如装饰板采用铝合金上叠合一层不燃性的纤维增强塑料,厕所、盟洗室、座椅及水箱还要考虑到卫生和耐腐蚀性,也以不燃性的为佳轮-轨材料轮-轴当列车的时速达到300公里时，高速列车车轮的杂质含量必须严格控制。在钢铁冶炼的时候，就必须要求车轮钢杂质含量极低且分布均匀。由于车轮不过关，曾经导致德国高速列车脱轨，人员伤亡。车轴

8、是空心轴，列车所有的重量都压在车轴上，技术虽然不是特别尖端，但批量生产的时候单件