适合小批量、多品种机车产品类型的车轴、车轮材质分析探讨

适合小批量、多品种机车产品类型的车轴、车轮材质分析探讨

吴佳俊

今创集团 江苏今创车辆有限公司，江苏 常州 213000

摘  要：从化学成分、机械性能等方面，对中、欧碳素钢车轴、车轮制造材料标准进行分析，探讨各标准的异同，并结合小批量、多品种机车产品类型，建议选择适合的车轴、车轮材质。

关键词：车轴 车轮 国内外 材料 异同 分析 建议

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0引言

车轴、车轮为机车车辆设备中至关重要的零件之一，其产品的质量决定了机车运行的安全性、平稳性。故为保证产品质量我公司一般选择在国内专业厂家进行车轴与车轮的采购，如太原重工、马钢等。但太重、马钢做为国内一线铁路产品配套供货商，其一般对产品的起订数量是有限制的。而我公司的产品类型为小批量、多品种，并且许多客户会提出针对的要求，这导致了我公司实际的车轴、车轮产品在材质上有所不同，同时随着国外项目的不断增加，符合国外标准的车轴、车轮也出现在了我们的机车中，这种多品种、小批量的产品需求对车轴、车轮产品的采购造成了一定困难，额外增加了采购成本。

本文既是通过对国内外不同材质的车轴、车轮的相关参数进行对比分析，并结合我公司小批量、多品种机车产品类型的实际情况，确定一种可以适用于我公司大部分车型的车轴、车轮材质。

1国内外车轴、车轮材质情况对比

1.1车轴

国内项目车轴一般符合GB5068《铁路机车、车辆车轴用钢》标准规定，车轴材质有6种，分别为LZ40、LZ45、LZ50、JZ40、JZ45、JZ50[1-2]。我公司主要国外客户集中在欧美、东南亚等地，其车轴一般要求符合BS_EN_13261《Railway applications—Wheelsets and bogies—Axles—Product requirements》，车轴材质1种，为EA1N[3]。

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1.1.1机械性能

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2具体分析

2.1车轴

2.1.1化学成分

根据所查化学成本表，中国有三种化学成分轴，欧标仅有一种。

在化学成分里，可以明显发现，碳元素的排名最靠前，故碳元素的含量是对车轴起着举足轻重的作用的。在国内标准里，碳含量分为低、中、高多个档次，而欧标里只规定了碳元素含量的上限。在轴类产品里，无论是安全还是机械性能受力分析等，中碳含量的规格是最合适的。因为中碳含量的材料强度、硬度相对低，同时塑性指标相对更好，韧性级别也相对较高。当碳含量比中碳偏高时，材料强度、硬度相对偏高一些，脆性也相对偏高，韧性则相对偏低，这样安全性就会相对弱一些。

在化学成本里，硅元素起到强化材料的作用，当遇到铁时可以有效形成置换式固溶体。中国三种轴里硅的含量要求都是一样的，而欧标则限制了硅元素的上限。当Mn的含量＜2％时，组织可细化，体现出韧性化的性能。再看其他化学元素，其余金属元素如钒、铜、铬、镍的含量，国内标准和欧洲标准都做出了规定。炼钢时，钒、铬、镍都会适量加入，同时也是为了避免热处理工艺中对温度的控制要求过高，因为这些金属元素在热处理过程中温度范围会有很大的灵活性，同时也是降低了成本；而对于铜含量，为防锻造时晶间铜熔，一般严格来控制。

2.1.2机械性能

机械性能要求如表所示。对于50轴，国家标准有着抗拉、屈服、延伸率、断面收缩率的四大指标要求，而40和45轴这两种，只对抗拉和延伸有要求，并且还细分成车辆和机车两种类型，并不是简单的按成本分组的；欧标在机械性能上只对抗拉、屈服、延伸率做了指标要求。冲击功体现在机械性能最后一列。国家标准按机车和车辆车轴分成了两个类别，再根据强度各分成三组纵向中级要求，50轴还没有要求；欧标则有纵横两种冲击值要求。国家标准冲击缺口为V型，欧标冲击缺口则为U 型。国家标准冲击值在常温下进行，欧标则在20 ℃温度下进行。

2.1.3晶粒度指标

晶粒度的指标，国家标准和欧标是都做了明确规定的，基本上都是一样的，均为＞五级。

2.1.4车轴材料纯净度的要求

车轴材料纯净度，国内采用的标准等效于欧标所采用的标准。

2.1.5无损检测-UT（超声波探伤）要求

国家标准和欧洲标准都有无损检测的要求，在设备、人员资质和试验方法等方面都有对应的要求。均采取了UT(超声波探伤)检测，检测要求为：不得任何带有疏松、气孔、裂纹、大晶粒和氢气缺陷的车轴出厂，所有试块的平底孔要求＜2mm。

2.1.6无损检测-MT（磁粉探伤）要求

国家标准和欧洲标准对磁粉探伤都做出了相应要求，主要是针对车轴材料表面的夹物和偏析以及带状组织等做定量判断。

2.2车轮

在此需说明的是，国内执行的标准TB/T2817《铁道车辆用碾钢整体车轮技术条件》等效于国际标准UIC812-3《铁路机车车辆用非合金碾钢整体车轮供货技术条件》，其各项指标参数均优于欧标。

3建议车轴、车轮材质

3.1车轴

根据对车轴各项参数进行对比分析，认为选用LZ50材质车轴可以满足我公司国内、外不同项目对车轴的要求，但需在供货时提出对车轴进行径向超声波探伤的要求。

3.2车轮

根据对车轴各项参数进行对比分析，认为选用CL60材质车轮可以满足我公司国内、外不同项目对车轮的要求。

4结束语

统一车轴、车轮材质后，对公司产品的采购、仓库管理以及产品设计等均有较大的便利，同时车轴、车轮产品亦可形成批量，对产品的制造成本有所降低。车轴、车轮材质是用户比较关心的参数，上述材质虽然可以适合我公司大部分车型要求，但每次仍需同用户继续确认说明。另外，如遇其他标准的材质要求，应仔细分析对照，不可盲目使用本文建议的通用材质。

参考文献

[1] 龚积球, 戴繁荣, 黎冠中. 机车车辆强度计算(上册) [M]. 北京: 中国铁道出版社, 1985.

[2] GB5068,铁路机车、车辆车轴用钢[S].

[3] BS_EN_13261,Railway applications Wheelsets and bogies Axles Product requirements[S].

[4] TB/T2817,铁道车辆用碾钢整体车轮技术条件[S].

[5] BS_EN_13262,Railway applications Wheelsets and bogies Wheels Product requirements[S].

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