12Cr17Mn6Ni5N(201)、12Cr18Mn9Ni5N(202)、12Cr17Ni7(301)、12Cr18Ni9(302)不锈钢都是奥氏体钢,它们在轨道交通中都得到了广泛的应用,12Cr17Mn6Ni5N(201)钢是用于铁路车辆制造的最普通钢材。12Cr17Mn6Ni5N(201)钢有极好的使用性能和加工制造性能,并且在退火状态下,要比12Cr17Ni7(301)不锈钢的强度更高。冷轧后,具有较高的硬度。
图5-35是全不锈钢制车厢的示意图。
在退火状态下,上述钢具有较高的韧性和较低的屈服强度,因此成型性能较好。所以在退火状态下上述钢即可成型,当然也可以进行冷加工成型。冷轧可以使这些钢强化,这是由于一些奥氏体分解成型的铁素体和硬化剩余的奥氏体共同作用的结果。通过大量分析,碳、锰、镍、铬和氮的含量决定着所分析钢的冷加工特性。
1. 钢种的选定
轨道交通用不锈钢,可选用的有以下几种。
①. 低抗拉强度钢板
低抗拉强度(low tensile strength) 2D表面钢板相当于06Cr19Ni0,用来制作深冲和张力成型的零部件。它有较低的屈服强度(22.5kg/m㎡2),较高的伸长率(50%),最大的洛氏硬度(B95),弯曲半径为两倍板材厚度,可弯曲角度180°。
具有抗拉强度2B表面的钢板用来制作冷弯成型的零部件,或轻微冲压或平辊轧制,例如室内嵌板、门和座席的支柱物。尽管这个钢种的屈服强度与LT2D表面钢种一样低,它的伸长率低于45%,硬度较高,最大洛氏硬度为B105;弯曲半径为板材厚度的1/2,弯曲角可达180°。
特别是经过回火后用于车厢窗户缝隙周围的嵌板的要求:最低屈服强度3.5kg/m㎡,最低伸长率40%,最大洛氏硬度B105;弯曲半径为板材厚度的1/2,弯曲角可达180°。
②. 特殊抗拉强度钢板
特殊抗拉强度(special tensilestrength)钢板用于车顶肋条,它的屈服强度为42.2~56.2kg/m㎡,最低伸长率为35%.厚度等于或小于0.5mm的薄板,弯曲半径为板材厚度的1/2,弯曲角可达180°;厚度超过0.5mm的薄板,弯曲半径为薄板厚度的弯曲角可达135°。
③. 中等抗拉强度薄板
中等抗拉强度(middle tensilestrength)薄板用来制作车厢外部的波纹部件和槽式嵌板。最小屈服强度52.7kg/m㎡,最小伸长率25%,板厚小于0.5mm,弯曲半径为板材厚度的1/2,弯曲角可达180°;对较厚的板材,弯曲半径为板厚的1/2,弯曲角可达135°。
④. 高等抗拉强度薄板
厚度等于和小于0.5mm的高等抗拉强度(high tensile strength) 薄板的最小屈服强度70.3kg/m㎡,最小伸长率20%;弯曲半径为板材厚度的1/2,弯曲角可达180°;0.5~3.2mm厚的薄板的最小屈服强度77.3kg/m㎡,最小伸长率15%,弯曲半径为板材厚度的2倍,弯曲角可达135°.厚度超过3.2mm的高等抗拉强度(HT)钢板,常用来制作波纹零部件,其最小屈服强度70.3kg/m㎡,最小伸长率20%;弯曲半径为板材厚度的2倍,弯曲角135°。
2. 几种加工成型的方法
在轨道车辆制造中,适用的成型操作是剪切、冷弯成型、张力成型、轧制成型、拉拔成型、冲压成型和冲孔。成型的零部件在夹具和夹紧装置中进行组装,并通过点焊,最后组合成轨道用车厢。
为了成型,坯料要经剪切。最简单的方法是使用两个相同形状的刀片,即称为“直角方形”的剪机进行剪切。尽管许多操作需要矩形或方形毛坯,但是复杂的成样也是有的。
在毛坯加工中也使用“仿形”法来切割加工。通过切割,加工出与要求的形状相同的毛坯。这种装置能高速精确地切割加工成型毛坯,而生产成本很低。这种“仿形”切割加工法,就是被广泛应用的等离子弧“仿形”切割加工。
对于所有的剪切工具,要求选用最好的工具钢钢种,剪刃要保持相当锋利,剪刃的角度要尽可能小些。同时要避免刀刃缺口。剪刃安装要仔细,以保证正确剪切。在模具剪切中,使用平面刀具,最小间隙为10%。
3. 冷弯成型和张力成型
车厢用钢材大部分是弯曲成型的,有一部分是张力成型,如车顶支柱。纯弯曲成型的零部件是由单件单独在冲压机压弯成型。冷冲压成型的冲压机使用的是有各种各样的万能模具,其中最普通的一种是标准的“V”型模具,通过调整冲程来补偿弹性回弹。
辊式冷弯成型时,由于成型辊的辊面较宽,弯曲成型的型钢可能会发生扭转。型钢的圆角半径比成型辊的圆角半径大得多,所以凸缘会发生弯断。由于消除应力而引起的翘曲和扭曲,在卷材成型中更加明显。在弯曲区域,快速的应变硬化会使变形部分趋于扩大。当成型辊的辊面太狭窄时,凸缘是显示压力的标记,由于成型一个相对比较明显的弯曲,需要较高的压力,这样它们就会相互接触。
从本质上说,弹性回弹是型钢在弯曲力去除以后,重新恢复到它的原始形状的一种趋势。这取决于:①. 薄板厚度、弯曲半径和弯曲角度等几何因素;②. 钢材化学成分和屈服强度等性能因素。一个工件必须经过成型,以给出一个总应变,它等于永久变形所需的塑性应变加上引起弹性后效的确性应变 在张力成型车顶助条和其他支撑件中,构件外形不会出现相应的皱纹。通过紧夹毛坯的每一端,并且预拉伸它来保持弯曲外半径处于拉力状态,就能把弹性回弹减少到最低水平。工件有角度的部分必须精确地预成型,以便它们完全适应张力成型工具(假如张力成型肋条没有适当地给予支撑,它将严重地歪扭)。
为了张力成型一个车顶肋条,把冷弯成型工件放进有轮廓的夹具中,以便紧紧地夹住工件整个表面,从而减少滑动和破裂。与夹具相连的液压缸给工件以拉力,之后把肋条绕成型模围起来,使其弯曲。
铁路车厢、车辆用不锈钢型材品种示意图,见图5-36.