转向架车轮的材料选择,要结合车辆类型、运行速度、轴重和线路条件。不同车型使用的车轮材料差别不小,但选择逻辑是相通的:强度、硬度和耐磨性要满足运用要求,韧性和纯净度要保证安全,成本还要可控。
从国内常用材料看,CL60 钢是应用面较广的辗钢车轮锻件材料,对应铁路货车用辗钢整体车轮标准,也用于客车、地铁、轻轨等车辆。CL60 属于中高碳钢,强度、硬度和耐磨性能满足常规客货车辆的要求,成本相对适中。重载场合会用到 CL65、CL70 等高碳钢,强度耐磨性更好。高速和舒适性要求高的场合,常用 ER 系列车轮钢,对应欧洲车轮标准 EN 13262,ER7、ER8、ER9 等钢级各有侧重:ER8 用于客运和高速车辆,抗疲劳性能好;ER9 综合机械性能好,与钢轨的硬度匹配合理,在地铁等城轨线路上应用较多。
北美重载铁路则常用 AAR 系列材料,按车轮标准分级,强调耐热裂和抗磨耗性能。动车组车轮又有专门的行业标准,规定了 D1、D2 等辗钢整体车轮用钢代号,对材料纯净度、力学性能和硬度都有严格规定。可以说,车轮材料的选用是跟着运用需求走的,没有一种材料通吃所有车型。
轮轨硬度匹配是选材时一个容易被忽视却很重要的因素。车轮踏面与钢轨直接摩擦,两者的硬度关系会影响磨耗状态:车轮太硬,钢轨磨损加重;车轮太软,车轮自身磨耗快。因此,选材时要考虑线路钢轨的硬度等级,让轮轨磨耗处于合理状态,这也是地铁等项目专门研究车轮材质选用的原因。
材料的纯净度对转向架车轮尤其重要。钢中的非金属夹杂物、气体和偏析,在交变载荷下可能成为疲劳裂纹的起点。高速车轮对纯净度要求更严,冶炼时要经过精炼、真空脱气等处理,把有害元素和夹杂物控制在低水平。
在转向架车轮锻件的材料应用上,经验很重要。山西永鑫生重工长期生产客车轮、货车轮、地铁车轮等车轮类锻件,可以按图纸和化学成分要求匹配材料、组织生产,对不同车型、不同工况下的材料选用积累了较多经验。对使用方来说,材料不是越高级越好,而是与车辆运行条件匹配才合适。材料选对了,车轮锻件的性能才有基础。