高铁用关键材料汇总

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 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
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300 km/h 速度行驶时有很好的尺寸稳定性。
• 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。 • 提速使机车车辆的转向架振动加剧，疲劳寿命和安全可靠性问题突出。 多次出现电机悬挂的转向架构架端梁断裂和牵引拉杆断裂等十分危险 的事故 • 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制造的构架。 •德国开发了世界上第一个纤 维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。
•钢轨 •就线路而言, 高速铁路区别于一般铁路最主要的特点 是曲率半径大、应变速率高、轴重轻和牵引力大 , 钢轨 的磨耗较小, 疲劳损伤相对突出, 因此对钢轨材料的选 择要求较高。 •对于钢轨材料而言, 欧洲铁路一直在合金钢轨上进行 研究,如非热处理的Cr-Mo。合金钢轨除了有较高的循环 软化抗力外,也有较好的抵抗短波磨损的能力, 是今后 钢轨材料的重点选择对象之一。 •此外, 还应从钢轨钢的强韧化和纯净化方面进行努力, 大力发展全长热处理钢轨、稀土钢轨和降噪降振新钢轨。 国外在高速铁轨上正在开发贝氏体钢轨，以提高耐磨性 和抗疲劳性。
•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产品 质量控制必须非常严格。
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，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。
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-MgSi 系合金，Al-Zn-Mg 系合金。如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。
高铁用材料的现状与发展趋势
燕山大学 宁进良 材料学 硕研11班
• 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
• 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,运营速度210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。
• 我国高速铁路现状 • 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
中国研发真空管道磁悬浮 时速4000公里
•时速4000公里，能耗不到航客机1/10,噪音和废气污染及事 故率接近于零，这是真空管道磁悬浮列车的惊人特点。 •作为新一代磁悬浮列车，理论最高时速2万公里真，空管道磁 悬浮列车将把北京与华盛顿纳入两小时交通圈，用数小时完成 环球旅行已经成为科学家近期努力的目标。
泡沫铝在车体中的应用
• • • • 泡沫铝夹心高速列车车门 高速列车厢体泡沫铝复合内衬（泡沫铝与聚胺 脂泡沫材料复合） 高速列车车厢泡沫铝夹心地板 高速列车噪声设备（如发电机、风机、空压机、 中央空调等）用泡沫铝隔音板
与使用传统蜂窝铝材料相比，隔音、隔热、隔震性 能提高数倍，并可降低成本。
转向架
吼 一 声 ！
高速铁路用材料
车辆（车体、转向架、车辆内装及设备） 轮-轨 受电弓滑板 制动摩擦 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Байду номын сангаас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。