鉄道輸送は、安全で、快適で、環境に優しい、省エネの緑の輸送であり、中国の公共交通機関の重要な部分です。鉄道輸送の規模は年々拡大しており、運用ネットワークが増加しており、エネルギー消費量が劇的に増加しており、鉄道輸送の牽引エネルギー消費量は総電力消費の約30％を占めています。
国内では、鉄道輸送の建設を積極的に促進するにつれて、鉄道輸送機器業界の「第14回5年計画」期間も開発の機会の急速な成長に陥っています。新しい材料、新しいテクノロジー、新しい技術、特に軽量の機器、スペクトル、高速頑丈で緑のインテリジェントな方向、より緊急のニーズの発達における鉄道輸送機器。チタン合金は、密度が低く、特異的強度が高く、溶接性が良好で、耐食性が良好であるため、鉄道輸送業界の焦点となり、関連製品とオンボードアプリケーションのチタン合金の実現可能性調査を徐々に実行しました。
2022年4月21日、中国の新しいFuxing High-Speed Integrated Inspection Trainの独立した研究開発は、1時間あたり870 kmの相対的なランデブー速度を成功させ、明るいラインランデブスピードを備えた高速鉄道列車の世界記録を作成し、「CR450 Science and Technology Innovation Innovation Innovation Innovation Innovation Innovation Innovation Pranking of」 CR400からCR450まで。
1チタン合金の特性
チタンとチタン合金には、航空宇宙、海軍兵器、化学産業、海洋建設、および「空気の金属」、「海洋金属」、「第三の金属の台頭」として知られる幅広い用途のその他の側面において、優れた包括的な機械的特性があります。 3番目の金属」。
チタンとチタンの合金の性能の利点は次のとおりです。
（1）低密度、高い特異的強度（強度と密度比）。チタン合金の密度は約4.5 g\/cm3で、特定の強度は最初の金属にあります。より高い特異的強度は、対応する構造強度が満たされると、材料の質量が必要になるほど、構造設計がよりコンパクトになり、構造の重量を大幅に減らし、機器の安全性を改善することを意味します。
2）優れた溶接性。チタン合金は、TIG溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接、およびその他の溶接方法に適しています。溶接の強度は、溶接欠陥など、基板の強度の90％以上に達することができます。
3）良好な腐食抵抗。チタンとチタンの合金表面は酸化膜を形成するのが簡単で、腐食性がなく、治癒能力の後に膜が壊れます。湿度の高い雰囲気と海水媒体で作業すると、その腐食抵抗はステンレス鋼よりもはるかに優れています。したがって、チタン合金の使用はコーティングなしで保護できます。
（4）優れた疲労抵抗。機体のチタン合金構造を使用した米国の戦略偵察航空機SR -7 l 30の飛行高度000 m、音速の3.5倍の最大速度は、1998年に32年以内のサービスの空軍の永続的な廃止措置を開始しました。
（5）炭素繊維の事前埋め込み部品として優先的に使用される複合材料との良好な互換性。航空産業の発展により、チタン合金の特異的強度が高いため、腐食抵抗がありますが、炭素繊維強化複合材料（CFRP）は比重、良好な剛性、強度などを持っているため、これらの2つの材料は航空業界で広く使用されています。航空業界に複合材料の多数の用途があるため、チタン合金の量も徐々に増加しています。他の金属と比較して、チタン合金は複合材料とより互換性があり、航空機の一部の鋼とアルミニウム合金を徐々に交換しています。
鉄道車両の軽量の要件が増えているため、車のボディ、ボギーフレーム、運転室、機器コンパートメントなど、鉄道輸送機器における炭素繊維複合材料の適用が徐々に増加しています。事前に埋め込まれた部品に一般的に使用される材料は、アルミニウム合金、チタン合金、鉄ニッケル合金です。強度、軽量、熱安定性、および事前に埋められた金属構造部品の炭素繊維との電位差によって引き起こされる電気化学的腐食を考慮すると、チタン合金を事前に埋められた部分として好む必要があります。
現在の研究状態の鉄道輸送車両の2チタン合金
2.1チタンアロイボギーフレーム
ボギーは、鉄道車両の最も重要なコンポーネントの1つであり、鉄道車両の散歩の機能を実現します。これは、車両の操作、電力パフォーマンス、運転の安全性に直接関係しています。ボギーフレームは、一般に、関連する機器の設置に必要なサイドビーム、クロスビーム、サスペンションマウントを含むボギーパーツのアセンブリのキャリアです。チタン合金ボギーフレームの使用は、鉄道車両の走行の機能を実現できます。チタン合金フレームを使用すると、高強度の軽量ボギー構造を実現し、植物の質量とスプリング間質量を減らし、車輪とレールの間の力を改善し、ボギー構造の安全性と運用上の信頼性を改善できます。
チタン合金ボギーフレーム溶接では、図1、図2に示すように、総質量が約40％減少した総質量に基づいて既存のフレーム強度を満たすために、チタン合金TA2とTA18の使用を使用します。溶接の残留内部応力は、溶接後の真空熱処理によって排除されたため、チタン合金フレームは既存の設計指数の要件を満たし、その後のチタン合金フレームのさらなる構造最適化と設計のための基本データが蓄積されました。
2.2チタンブレーキクランプ
ブレーキシステムのコアコンポーネントとして、ブレーキキャリパーの性能と機能は、ブレーキシステムの動作ステータスと品質に直接影響します。チタン合金ブレーキキャリパーの適用は、スプリング下およびスプリング間の質量を減らし、動作の品質を改善し、錆と耐食性を増加させることができます。構造強度の性能は、低温環境ではより安定しています。
開発されたチタン合金3点ブレーキクランプを図3に示します。ハンギング、ゲートピースサポート、ハンギングシート、シリンダーヘッド、ピストンチューブ、シリンダーヘッド導管、ヨーク、レバーなどの主要な荷重部品はTC4チタン合金で作られています。チタン合金ブレーキクランプユニットは、強度テスト、低圧および高圧周囲温度シーリングテスト、周囲温度感度テスト、一次クリアランス調整量テスト、最大クリアランス調整量テスト、および救援クリアランステストをそれぞれそれぞれ受け入れました。テスト結果は、チタン合金ブレーキクランプユニットが機能指数の要件を満たしていることを示しており、同時に、100万回の疲労試験と衝撃振動テストに合格します。 -50程度の低温環境では、48時間を維持した後、チタン合金ブレーキクランプユニットのすべての機能は正常であり、チタン合金ブレーキクランプの低温抵抗が強く、高山環境での適用に適していることを示しています。
2.3チタン合金遷移フック
トランジションフックは、2つの異なるタイプのフックを接続するために使用される一種のフックであり、シャント機関車を安全かつスムーズに転送するようにし、同時に使用しているときに頻繁にロードして手動でロードする必要があります。 UIC660によると、遷移フックの単一の重量は50 kgを超えることはできませんが、既存の遷移フック構造はかさばって重いので、荷重と荷降ろし中に多くの人が同時に処理する必要があります。
軽量構造デザインのトポロジー最適化結果によると、オリジナルのスチールスチールフックを比較したスチールスチールスチールスチールスチールスチールスチールスチールスチールスチールスチールスチールスチールスティックフックのトポロジートランジションフックに従って、トポロジー最適化のための遷移最適化モジュールの形状最適化モジュールのANSYSWARKINGベンチを使用して、ANSYSWORKBENT MODULEの形状最適化モジュールを使用してANSYSWARKING MODULEを使用した可変密度メソッドに基づいた、軽量チタンワークのベンチを使用して、トポロジートランジションフックを設計します。結果として得られる軽量チタン合金遷移フックの重量は42.15 kgで、元のEグレード鋼遷移フックよりも57.98％少ないです。
中国鉄道の企業は、図4と5に示すように、チタン合金遷移フックを開発しました。単一のモジュールフックの重量は約20 kgで、操作プロセス全体を1人で完了できます。 750 kNの引張負荷テストと850 kN圧縮負荷テスト中、図6に示すようにフック本体は破壊されませんでした。アンロード後、フックボディをテストして検査し、チタン合金10-タイプと{7}}型のタイプ遷移フックのすべての部分に明らかな変形または損傷はありませんでした。テスト結果は、軽量チタン合金遷移フックの重量が軽く、強度が高く、運用効率が高いことを示しており、現在の遷移フック操作の安全ニーズを満たしていますが、さらなる軽量の実現可能性もあります。
チタンアロイアロイサブウェイ遷移コーンの生産では、シェニヤンゾンティアン機器製造社、Ltd。TitaniumPlate Die Die ForgingおよびRib Plate溶接モールディングプロセスを採用しています。元の鋼製コンベックスコーンの鋳造プロセスと比較して、この方法は良好な成形、高効率、および良好なコーンパフォーマンスを備えており、使用のニーズを満たすことができるようにテストによって検証されています。
2.4トラクションロッド
中心牽引装置は、主に中央のトラクションピン、トラクションロッドアセンブリ（ロッドとゴムボールジョイントノードの2つの端を含む）、およびボルトおよびその他のコンポーネントを接続するもので構成されています。その主な機能は、車体とボギーの間のつながりを実現し、トラクションとブレーキ力の伝達を実現することです。ネクタイロッドの構造はシンプルで、成形プロセスは比較的単純です。チタン合金材料を使用するために、体重減少の効果を達成するためだけでなく、ダイフォーミングモールディングプログラムの使用も材料の利用率を改善する可能性があります。
中国鉄道法人のシファンとチタンの機器が共同で開発したチタン合金トラクションタイロッドは、ダイ鍛造成形を採用した後に部分的に機械加工されており、材料の利用率は50％以上に達する可能性があり、全体の体重は約42％減少します。
