X III K O N F E R E N C JA N A U K O W A
„ P O JA Z D Y S Z Y N O W E ’98”
ZN PO LITE C H N IK I Ś L Ą S K IE J 1998 Seria: TRA N SPO R T z.33, n r kol. 1394
M aria M a g d a le n a Ż M U D A -S R O K A
STOPY ALUM INIU M - M ATERIAŁY KONSTRUKCYJNE W BU D O W IE W AG O NÓ W
S tr e s z c z e n ie . W arty k u le om ó w io n o pokrótce własności sto p ó w Al z najczęściej sto so w a n y m i d o d atk am i sto p o w y m i. Z w ró co n o uw ag ę na zagadnienia tec h n o lo g ii e le m e n tó w ze sto p ó w A l, m ożliw ości ich łączenia, a tak że korzyści p ły n ą c e z ich z a sto so w ania. P o d an o ta k ż e p rzy k ład y zasto so w an ia sto p ó w Al w budow ie w a g o n ó w i ich z e społów . P racę z ak o ń czo n o spostrzeżeniam i i w nioskam i.
AL ALLOYS - CO NSTRUCTION M ATERIALS IN WAGON PRODUCTION
S u m m a r y . In the p a p e r the au th o r discu sses b riefly the p ro p ertie s o f th e a lu m in iu m allo y s w ith the m o st co m m o n additions. P articular attention is paid to th e te c h n o l
og y o f th e ele m e n ts m ad e o f A1 allo y s, the p o ssib ilities o f joining th em to g e th e r and the b en efits from th e ir ap p licatio n . T he au th o r gives th e examples o f th e A1 a llo y s ’ u se for th e co n stru c tio n o f w ag o n s and th eir sets. T he p ap er ands with th e a u th o r’s rem ark s.
1. W S T Ę P
A by o b ecn ie b u d o w an e w ag o n y m o żn a by ło zaliczyć do grupy pojazd ó w n o w o czesn y ch , m u s z ą sp ełn iać w ie le w y m ag ań , z których do najw ażn iejszy ch należy z aliczy ć przed e w s z y s t
kim : p rz y sto so w a n ie do d u ży ch prędkości ja z d y z je d n o c z e sn y m zach o w an iem b e z p ie c z e ń stw a i k o m fo rtu p o d ró żo w an ia, a także stałego p o w ięk szan ia b ezaw ary jn eg o czasu e k sp lo a ta cji przy ró w n o c z e sn y m o b n iżan iu je j kosztów o raz zap ew n ien ia ja k n ajw ięk szej trw ałości pojazdu.
S p ełn ien ie w y m ie n io n y c h w y m ag ań w w aru n k ach w ja k ic h pracują w a g o n y - d z ia ła n ie o b ciąż eń o z m ie n n y m charak terze i k ieru n k u , nie należy do łatw ych, ty m b ardziej że o p ró cz ro z w ią z a n ia sz e re g u p ro b le m ó w w iążący ch się z doborem odpow iednich m ateriałó w , o p ty m a liz a c ją k o n stru k c ji ze w zg lęd ó w w y trzy m ało śc io w y ch i funkcjonalnych, p ro c e sa m i w y tw a rzan ia i m o n ta ż u e lem en tó w , m u sim y brać p od uw ag ę także w pływ p o jazd u n a trw a ło ść to rów .
J e d n ą z d ró g p o z w a la ją c y c h n a o siąg n ięcie celu je s t w prow adzenie na k o n stru k c je no śn e p o ja z d ó w m a te ria łó w o n isk iej, w p o ró w n an iu ze stopam i żelaza z w ęg lem , m asie w łaściw ej.
w y k a z u ją c y c h d o b re w łasn o ści w y trz y m a ło śc io w e , o d p o rn o ść na d ziałan ie a k ty w n e g o ch e
m iczn ie śro d o w isk a i z m ian y te m p eratu ry , przy ja k n ajn iższy m ko szcie ich w y tw arzan ia.
M a te ria ła m i sp e łn ia ją c y m i p rzy n ajm n iej w ięk szo ść p rz e d sta w io n y c h w y m a g a ń są stopy a lu m in iu m , k tó re m o żem y z a lic z y ć do u n iw ersaln y ch m a te ria łó w k o n stru k c y jn y c h . Stopy a lu m in iu m zn a la z ły z a sto so w a n ie nie ty lk o w b u d o w ie tab o ru k o lejo w eg o , a le tak że - z d u ż y m p o w o d z e n ie m - w ró ż n y c h g ałęz iach p rzem y słu , czeg o n ajle p sz y m p rz y k ła d e m je s t p rz e m y sł sa m o c h o d o w y , g d zie w y k o rz y stu je się stopy do bud o w y n ad w o zi sa m o ch o d ó w o s o b o w y c h (np. ty p o s z e re g sa m o c h o d ó w firm y A u d i), a zasto so w an ie w sa m o c h o d a c h c ię ż a ro w y c h z z a m k n ię ty m i n a d w o ziam i p o zw o liło p o d n ieść sto su n ek m asy u ży tec zn ej do m asy w łaściw ej p o w y ż e j 3 5 0 % .
2. S T O P Y A L U M IN IU M
S to p y a lu m in iu m c h a ra k te ry z u ją się:
- n is k ą m a s ą w ła ś c iw ą (2,7 g /c m 3),
- d o b ry m i w ła sn o ś c ia m i w y trz y m a ło śc io w y m i,
- z n a c z n ą o d p o rn o ś c ią na d ziałan ie korozji atm o sfery czn ej,
- d o b ry m i w ła sn o ś c ia m i p rz e ró b c z y m i, p o zw alający m i w y k o rz y sta ć m eto d y o b ró b k i p la sty czn ej d o w y tw a rz a n ia g o to w y ch e le m e n tó w p o jazd ó w ,
- m o ż liw o ś c ią łą c z e n ia p rz e z spaw anie.
W ła sn o śc i sto p ó w a lu m in iu m s ą zale żn e od d o d atk ó w sto p o w y ch i ich czy sto ści. Z m ie niając d o d a tk i, m o ż e m y stero w ać w łasn o ściam i sto p ó w w d ość szero k im zak resie, uzyskując p o ż ą d a n e ich ce c h y . Je d n a k d e c y d u ją c y w p ły w m a tutaj tzw . d o d atek p o d sta w o w y .
W ięk szo ść z 10 ty s ię c y z n a n y c h sto p ó w a lu m in iu m sta n o w ią dw u-, tró j- lub w ie lo s k ła d n i
k o w e sto p y z p ię c io m a najcz ęściej sto so w a n y m i d o d atk am i. S ą n im i: m ie d ź (C u ), m ag n ez (M g ), c y n k (Z n ), k rz e m (S i) o raz m an g an (M n). D o b ierając skład ch em iczn y sto p ó w należy brać p od u w a g ę fakt, że p o szczeg ó ln e p ierw iastk i d z ia ła ją w sp o só b z ró żn ico w an y na p o d n ie sien ie w łasn o ści m e c h a n ic z n y c h lub na zw ięk szen ie o d p o rn o ści na k o ro zję czy te ż u zy sk an ie in n y ch s p e c y fic z n y c h w łasn o ści. B ard zo istotne zn aczen ie m a ją te p ie rw ia stk i, k tó ry c h d o d a
tek u ła tw ia p rz e p ro w a d z e n ie o b ró b k i cieplnej stopu, stosow anej g łó w n ie w c e lu p o lep szen ia je g o w ła sn o śc i w y trz y m a ło śc io w y c h .
S to p y z w y m ie n io n y m i p ie rw ia stk a m i c e c h u ją w y m ie n io n e niżej w łasn o ści.
S to p y a lu m in iu m z m a g n ezem
S to p y A lM g c h a ra k te ry z u ją się d o b ry m i w łasn o ściam i w y trz y m a ło śc io w y m i, p o d w y ż sz o n ą o d p o rn o ś c ią n a k o ro z ję (ró w n ie ż w śro d o w isk u m o rsk im ), d o b rą s p a w a ln o ś c ią o ra z p o d at
n o ś c ią do g łę b o k ie g o tło c z e n ia . Stopy te z a w ie ra ją często n iew ielk ie ilości M n , C r, Si o raz in n y c h p ie rw ia stk ó w . M a n g a n w ilości 0 ,2 -0, 6 lub ch ro m w ilości 0 ,1 -0 ,2 % z w ię k sz a ją w y trz y m a ło ść n a ro z c ią g a n ie n ie zm ien iając zasad n iczo stru k tu ry stopu. D o d a tk i ty ta n u albo w a n a d u n a w e t w n ie w ie lk ic h ilo ściach ro z d ra b n ia ją zia rn a stopu. N a w łasn o ści w y trz y m a ło ścio w e sto p ó w A l-M g z a sad n iczy w p ły w m a ilość m agnezu. P o le p sz e n ie w łasn o ści w y trz y m a ło śc io w y c h je s t m o żliw e d zięk i z asto so w an iu o b ró b k i p lasty czn ej na zim n o , w ten sposób m o ż n a z w ię k sz y ć np. w y trz y m a ło ść n a ro zciąg an ie o 10 do 15%. O b ró b k a c ie p ln a sto p ó w
Stopy a lu m in iu m - m ateriały ko n stru k cy jn e.. 277
A lM g sp ro w ad za się zw y k le do w y żarzan ia u jed n o ro d n iająceg o , rek ry stalizu jąceg o i odprę
żającego.
S top y a lu m in iu m z m agn ezem i krzem em
Stopy A lM g S i m a ją z n a c z n ą o d p o rn o ść na k orozję, d o b re w łasności w ytrzym ałościow e i p lasty czn e. D zięki dobrej p lasty czn o śc i w p o dw yższonej tem p eratu rze ze sto p ó w ty ch można w y cisk ać n a g o rąco k ształto w n ik i o raz inne elem enty o zło żo n y c h p rzek ro jach poprzecznych.
Z e w zro stem z aw arto ści k rzem u rośnie p o d atn o ść na korozję. W celu zw ięk szen ia odporności korozyjnej sto p u , a tak że w celu d o d atk o w eg o u m o cn ien ia do d aje się ch ro m u i m anganu. Sto
py A lM g S i n ie p o d le g a ją korozji naprężeniow ej. W y trzy m ało ść na ro zciąg an ie złączy ele
m en tó w w y n o si 6 0 -7 0 % w y trzy m ało śc i m ateriału ro d zim eg o u lep szo n eg o cieplnie. Stosowa
ne po sp aw an iu u tw ard zan ie d y sp e rsy jn e po w o d u je praw ie pełny (90 -9 5 % ) p o w ró t własności w y trz y m a ło śc io w y c h .
S top y a lu m in iu m z cy n k iem i m agn ezem
Sto p y A lZ n M g c h a ra k te ry z u ją się d o b rą o d p o rn o ścią na korozję, w y so k ą w ytrzym ałością, tak że p od o b ciąż en iam i d y n am iczn y m i, bardzo d o b rą sp a w a ln o śc ią i w y so k ą w ytrzym ałością złącz sp aw an y ch . S to p y te z d o d atk iem m iedzi znalazły szerokie zasto so w an ie w produkcji ró żn eg o ro d z a ju części m aszy n , a także elem en tó w taboru szy n o w eg o . Stopy A lZ n M g to tzw.
d u rale c y n k o w e, ch a ra k te ry z u ją c e się n ajw y ższy m i w łasn o ściam i w y trzy m ało śc io w y m i w sto su n k u do p o z o sta ły c h sto p ó w alu m in iu m . Z a w ie ra ją one: 0,8 -2 ,8 % C u, 1,2-3,2% M g, 0,2- 0,62 M n, 5 -8% Z n i 0 ,1 -0 ,2 5 % C r, a tak że n iekiedy Ti w ilości 0 ,2 -0 ,8% . O b ró b k a cieplna durali c y n k o w y ch o b ejm u je p rzed e w szy stk im u tw ard zan ie dysp ersy jn e. P rzy sp ieszo n e sta
rzenie z ap ew n ia m n ie js z ą pod atn o ść na korozję n aprężeniow ą.
S top y a lu m in iu m z m ied zią i m agn ezem
S topy A lC u M g w raz z n iew ielk im d o d atk iem m an g an u n azy w am y duralam i lub duralumi- nium . C h a ra k te ry z u ją się d u ż ą w y trzy m ało śc ią, s ta łą o d p o rn o ścią na k orozję i s ą niespawalne - łą c z e n ie n itam i lub śru b am i. D urale m o żn a p o d zielić na nisko-, średnio- i w ysokostopow e.
O b ró b k a c ie p ln a durali o b ejm u je w y żarzan ie ujedn o ro d n iające, rek ry stalizację, a przede w szy stk im utw ard zan ie dysp ersy jn e.
S top y a lu m in iu m z m an gan em
S topy A lM n o d z n a c z a ją się bardzo d o b rą p la s ty c z n o śc ią w p rzy p ad k u , gdy m an g an znaj
duje się w ro ztw o rze stały m . W zrost tw ardości m an g an u pow yżej ro zp u szczaln o ści granicznej w m a ły m sto p n iu zw ięk sza w y trzy m ało ść na ro zciąg an ie - do 140 M P a, p o w o d u je natom iast silne zm n iejszen ie p lasty czn o śc i. D latego w p rzem y śle sto so w an e s ą stopy zaw ierające 0,8- 1,6% M n, zw an e alu m in am i. W łasności m ech an iczn e sto p ó w A lM n po o b ró b ce cieplnej nie
zn aczn ie w zrastają, d lateg o stopy te zalicza się do n ieo b rab ialn y ch ciep ln ie. U m o cn ien ie uzy
skuje się p rz e z zgniot, przy któ ry m najbardziej w zrasta g ran ica p lasty czn o śc i do około 2 2 0
M Pa.
N ajsz e rsz e z asto so w an ie przy w y tw arzan iu elem en tó w k o n stru k cy jn y ch w ag o n ó w pracu
ją c y c h p o d o b ciąż en iem znalazły stopy a lu m in iu m do przeróbki p lasty czn ej, w k tó ry ch do
datki p o d staw o w e, to w pierw szej kolejności m ag n ez i cy n k , n astęp n ie krzem i m angan. Wła
sności p la sty c z n e ty ch sto p ó w p o z w a la ją na u zy sk an ie n ajw łaściw szy ch d la danej konstrukcji kształtów .
D łu g o trw a łe b a d a n ia p o zw o liły na o k reślen ie o p ty m a ln y c h tech n o lo g ii sto so w an y ch przy b u d o w ie w a g o n ó w . Z aró w n o przy w y tw arzan iu e lem en tó w n ad w o zia, ja k i p o d w o zia d o m i
n u je o b ró b k a p la s ty c z n a p rz e z w y cisk an ie, w alco w an ie lub ciąg n ien ie d ając a p ro file o o k re
ś lo n y c h w y m ia ra c h i k ształtach , p o siad ający ch z a ło ż o n ą o b liczen iam i k o n stru k cy jn y m i w y trz y m a ło ść i szty w n o ść. W ag o n y , k tó ry ch nad w o zia są zb u d o w an e z profili w y cisk an y ch - szk ielet, i w a lc o w a n y c h b la c h - p o szy cie, z pow o d zen iem k o n k u ru ją z w ag o n am i o stalow ych n ad w o z ia c h , p o m im o znacznej różnicy w ko sztach surow ca.
P ó łw y ro b y ze sto p ó w a lu m in iu m o b rab ian e p lasty czn ie o trzy m u jem y n ajczęściej, ja k ju ż w sp o m n ia n o za p o m o c ą w y cisk an ia, w alco w an ia lub ciąg n ien ia. Z e w zg lęd ó w te c h n o lo g ic z n y c h za d o b re u w a ż a m y te sto p y , które m ożem y przero b ić p lasty czn ie przy' sto su n k o w o nie
w ie lk im z u ż y c iu en erg ii i b e z tw o rz e n ia się w trak cie o b róbki m ik ro - i m akro p ęk n ięć. N iskie zu ż y c ie e n e rg ii z a p e w n ia ją te sto p y , które p o sia d a ją m ały o p ó r o d k ształcan ia, zaś odporność na p ęk a n ie - sto p y o o d p o w ied n iej w y trzy m ało śc i i w y d łu żen iu .
N ie z m ie rn ie w a ż n y m z ag ad n ien iem tech n o lo g iczn y m je s t łączen ie sto p ó w alu m in iu m . Od ja k o ś c i p o łą c z e n ia b la c h i p ro fili zależy w d u ży m sto p n iu w y trzy m ało ść i trw ało ść danej k o n stru k cji, z w ła sz c z a w ó w c z a s gdy je s t o n a p o d d a w a n a d ziałan iu o b ciąż eń o z m ien n y m ch a
rakterze.
O b ecn ie n ajb ard ziej ro z p o w sz e c h n io n ą m eto d ą łącz en ia elem en tó w w y k o n a n y c h ze sto p ó w A l je s t sp aw an ie. Z a sto so w an iem sp aw an ia p rz e m a w ia ją n isk ie k o szty , m a ła m asa p o łą
czenia, a ta k ż e w y trz y m a ło ść złącza, k tó ra d la sto p ó w sam o starzejący ch się n iew iele lub w cale nie o d b ie g a o d w y trz y m a ło śc i sp aw an eg o m ateriału.
S p aw an ie sto p ó w a lu m in iu m m o ż n a w y k o n y w ać zaró w n o g azem , ja k i lu k iem e le k try c z n y m . N a le ż y p a m ię ta ć , że sto p y Al p o sia d a ją duże ciepło w łaściw e przy d o b ry m p rzew o d nictw ie c ie p ln y m . P o m im o niskiej tem p eratu ry to p n ien ia, alu m in iu m i je g o stopy w y m a g a ją przy sp a w a n iu d o p ro w a d z e n ia w iększej ilości ciep ła, n iż w y stęp u je to w p rzy p ad k u łączen ia stali. Przy sp a w a n iu łu k iem ele k try c z n y m m am y w ię k sz ą in ten sy w n o ść w y d z ie la n ia ciepła przez łu k n iż p ło m ie ń g a z o w y , strefa p rzeg rzan ia m ateriału przy sp aw an iu e le k try c z n y m je st o w iele w ię k sz a , d zięk i tem u ja k o ś ć spoiny je s t lepsza. Stopy alu m in iu m są sk ło n n e do pęk
nięć n a g o rą c o . Ich d u ża ro zszerzaln o ść ciep ln a m oże p o w o d o w ać w ich ro w an ie się k o n stru k cji, a sk u rc z w y stę p u ją c y w czasie k rzep n ięcia (zm ian a o b jęto ści) je s t p rz y c z y n ą o d k ształce
nia, p o w sta w a n ia n a p rę ż e ń w e w n ętrzn y ch i pęknięć. N ieb ezp ieczeń stw o p ęk n ięć m ożna z m n ie jsz y ć p rz e z o d p o w ie d n i d o b ó r sk ład n ik ó w stopu, je ś li je s t to m o żliw e ze w zględów w y trz y m a ło ś c io w y c h o ra z d o b ó r d ru tu sp aw aln iczeg o , a tak że w p ro w ad zen ie sp ecjaln y ch d o d a tk ó w p o w o d u ją c y c h ro zd ro b n ien ie ziaren. B ard zo duże zn aczen ie d la ja k o ś c i połączenia m a ró w n ie ż d o b ó r w ła śc iw y c h w aru n k ó w spaw ania: k ształt po łącz en ia, u ch w y cen ie, sz e ro kość strefy w p ły w u c ie p ła o raz te c h n o lo g ia sp aw an ia, a w ięc ilość ciep ła do p ro w ad zo n eg o , sz y b k o ść sp a w a n ia , m e to d a spaw ania. O becnie n a jle p sz ą m e to d ą sp aw an ia sto p ó w alum inium s to so w a n ą w b u d o w ie w a g o n ó w je s t sp aw an ie łu k o w e pod o sło n ą argonu. M am y tu m etody T IG o ra z M IG .
A rg o n w d m u c h iw a n y w strefę sp aw an ia, o p ró cz ochro n y przed u tlen ian iem , k ruszy i u su w a w a rstw ę tle n k ó w , d lateg o n ie w y m ag a się przy tej m eto d zie żad n y ch to p n ik ó w . D uża sz y b k o ś ć sp a w a n ia d aje w ą s k ą strefę n ag rzan ia, co zm n iejsza zm ięk czen ie ciep ln e m ateriału, sk u rcz, z w ic h ro w a n ie o ra z n ieb ez p ieczeń stw o p ęk n ięć. S p o iw o m a w y ższe w łasn o ści w y trz y m a ło śc io w e n iż przy in n y ch m eto d ach spaw ania. B rak to p n ik ó w nie stw arza zagrożeń k o ro z y jn y c h . N a le ż y p a m ię ta ć , że p o łącz en ia sp aw an e elem en tó w w ag o n ó w m a ją z reguły n iższe w ła sn o ś c i w y trz y m a ło śc io w e n iż m ateriał łączony. W łasności w y trz y m a ło śc io w e sp o iny s ą u z a le ż n io n e o d g a tu n k u (sk ład u ch em iczn eg o ) m ateriału , sto p n ia je g o u tw ard zen ia lub stan u o b ró b k i ciep ln ej.
Stopy a lu m in iu m - m ateriały kon stru k cy jn e. 279
3. P R Z Y K Ł A D Y Z A S T O S O W A N IA S T O P Ó W A LU M IN IU M W B U D O W IE W A G O N Ó W
N ajczęściej po stopy alu m in iu m , ja k o m ateriał konstrukcyjny, się g a ją k o n stru k to rz y w ag o n ó w , u zy sk u jąc dzięki ich zasto so w an iu przed e w szystkim zn aczne o b n iżen ie m asy p o jazd u , a tak że o d p o rn o ści kon stru k cji na działan ie korozji.
Z e sto p ó w alu m in iu m w y tw arza się g łó w n ie nadwozia w a g o n ó w o s o b o w y c h i to w a ro w y ch , z b io rn ik i cy stern , elem en ty po d w o zia, tak ie ja k ostoje w ó zk ó w o raz k o rp u sy ło ży sk o sio w y ch . P o n ad to stopy alu m in iu m sto su je się na elementy urząd zeń m e c h a n ic z n y c h p o ja z d ó w trak cy jn y ch - korpusy siln ik ó w sp alin o w y ch , tłoki, korbow ody itp.
F irm ą zd ecy d o w an ie w io d ą c ą w św iatow ej produkcji pojazdów sz y n o w y c h ze sto p ó w Al je s t szw a jc a rsk a firm a A lusuisse. P rodukow ane konstrukcje są b u d o w an e z e le m e n tó w uzy-
□ m m cm m tm im □ m ' □
-ffy
m
i ®
R y s . l . W id o k i p r z e k r ó j p o p r z e c z n y k o n s tr u k c ji w a g o n u d o c z e p n e g o firm y B r itis h R a il E n g i n e e r in g F ig . I . T h e v ie w a n d c r o s s - s e c tio n o f th e w a g o n c o n s tr u c tio n m a d e b y th e c o m p a n y B r itis h R a il E n g i n e e r in g
s k a n y c h z p ro fili w y c isk a n y c h , n ajczęściej ze stopów : A lM g S i 0,7 o raz A IZ n 4 ,5 M g l, zaś b la c h y p o sz y c io w e n a d w o z i z e sto p ó w A lM g 2 i A lM g3.
P o n iżej p rz y to c z o n o k ilk a z liczn y ch p rz y k ła d ó w z a sto so w an ia sto p ó w alu m in iu m w bu
d o w ie ta b o ru szy n o w eg o .
B ry ty jsk a firm a B ritis h R ail E n g in eerin g p ro d u k u je pojazdy w ch o d zące w skład p ociągu A P T , z ło ż o n e g o z d w u w a g o n ó w siln ik o w y c h z nap ęd em tu rb in o w y m , u m ieszczo n y ch na k o ń c a c h s k ła d u o ra z w a g o n ó w d o c z e p n y c h , k tó ry ch n ad w o zia s ą w y k o n an e ja k o k o n stru k cje sam o n o śn e , c z ę śc io w o sp aw an e, z b u d o w an e z profili w y cisk a n y c h ze stopu A lM gSiO ,7. P ro file s ą d o sta rc z a n e p rz e z firm ę A lu su isse. M asa p o jed y n cz eg o w a g o n u d o czep n eg o o ca łk o w itej d łu g o śc i 21 m i m a k sy m a ln e j szero k o ści 2,93 m w stanie p ró żn y m w y n o si 22580 kg.
n a to m ia s t m a sa n a d w o z ia (p u d ła) 5200 kg, co stan o w i o k o ło 23% m asy w ag o n u . P o ciąg ten o sią g a p rę d k o ś ć 2 5 0 km /h. N a rys. 1 p o k azan o k o n stru k cję o m aw ian e g o w agonu.
N o rw e s k a firm a S trô m m e n s V a e rk ste d A /S przy w sp ó łp racy firm y A lu su isse w y p ro d u k o w a ła serię w a g o n ó w p a sa ż e rsk ic h d la p o c ią g ó w In terC ity z n ad w o ziem sta n o w ią c y m sam o- n o śn ą k o n stru k c ję sp a w a n ą z profili w y c isk a n y c h w y k o n a n y c h ze sto p u A lM g S i0 ,7 oraz b la c h ze sto p ó w A lM g 2 i A lM g 3 . M a sa w ag o n u p ró żn eg o o całk o w itej d łu g o ści 26,1 m i m a k sy m aln ej szero k o ści n ad w o z ia 3,116 m , w y n o si 38 000 kg, n ato m iast m asa nad w o zia 72 0 0 kg. R ys. 2 p rz e d s ta w ia w id o k w a g o n u n o rw esk ieg o .
26100
R y s .2 . N o r w e s k i w a g o n I n te r C ity ty p 7 F ig .2 . N o r w e g i a n w a g o n I n te r C ity - ty p e 7
W sp o m n ia n a firm a n o rw e sk a w y p ro d u k o w a ła tak że lu k su so w y w ag o n sy p ialn y . N ad w o zie w a g o n u , to sa m o n o śn a k o n stru k c ja sp a w a n a w y k o n a n a z p ro fili w y c isk a n y c h z A lM gSiO ,7 - szk ielet, o ra z b la c h p o sz y c io w y c h z A lM g 3 . M asa w ag o n u , p rzed staw io n eg o n a rys. 3, w sta nie p ró ż n y m w y n o si 49 0 00 kg, n a to m ia st n ad w o z ia ty lk o 8630 kg. W ag o n m o że p o ru szać się z m a k s y m a ln ą p rę d k o ś c ią 150 km /h.
W N ie m c z e c h w w y n ik u k o o p eracji k ilk u firm (K ru p p i K rau ss-H affei, H eu sch el V ere
in ig te A lu m in iu m -W e rk e ) w y p ro d u k o w a n o w ag o n y d o czep n e do p o ciąg u IC E p rz e z n a c z o n e go d o d u ż y c h p ręd k o ści. P o ciąg sk ład a się z d w u w ag o n ó w siln ik o w y ch o n ap ęd zie elek try c z n y m i 11 do 13 w a g o n ó w d o czep n y ch . N a d w o z ia w a g o n ó w d o c z e p n y c h m a ją k o n stru k cję sa m o n o śn ą , sp a w a n ą z profili w y c isk a n y c h i g łęb o k o tło c z o n y c h ze sto p u A lM gSiO ,7. C ał
k o w ita d łu g o ś ć w a g o n u d o czep n eg o w y n o si 26 4 0 0 m . W id o k tak ieg o w ag o n u o ra z k o n stru k cję n a d w o z ia w p rz e k ro ju p o k azan o na rys. 4. M asa n ad w o zia w y n o si o k o ło 85 0 0 kg. Pociąg o w y m ie n io n y m sk ład zie w trak cie ja z d p ró b n y ch o siąg n ął p rędkość 4 0 7 km /h.
Stopy a lu m in iu m - m ateriały kon stru k cy jn e. 281
I—
[jSBnSfinfinoBSnSoS;
i 2_
R y s .3 . S y p ia l n y w a g o n n o r w e s k i W L A B - 2 F ig .3 . N o r w e g i a n s p l e e p i n g c a r W L A B - 2
ii "i i i i u li u u u u u Ti nfn
Û
|l I !— -T E
U J o O - J
T s o T
R y s .4 . W id o k o r a z p r z e k r ó j p o p r z e c z n y w a g o n u d o c z e p n e g o p o c i ą g u IC E F ig .4 . T h e v ie w a n d c r o s s - s e c tio n o f th e w a g o n o f IC E tr a in
3 >40
N ie m ie c k i k o n c e rn M e sse rsc h m itt-B o lk o w B lo h m w y p ro d u k o w ał w ag o n y d la m o n ach ij
sk ieg o m etra. N a d w o z ie w a g o n u o k o n stru k cji sam onośnej zostało w y k o n a n e z p ro fili w y c i
sk an y ch ze sto p u A lZ n 4 ,5 M g l o ra z A lM gSiO ,7.
W S zw ajcarii w y p ro d u k o w a n o w ag o n y zb io rn ik o w e o sam onośnej k o n stru k cji nadw ozia, słu żące do p rz e w o z u zb o ża o ra z tlenku glinu. P ó łfab ry k aty w postaci p ro fili w y cisk an y ch w y k o n a n o ze sto p ó w A lZ n 4 ,5 M g l o raz A lM gSiO ,5, a także z w a lc o w a n y c h b lach ze stopów A lM g 4 ,5 M n i A lM g 3 . W p o b liż u sp rzęg ó w i czo p ó w sk ręto w y ch zasto so w an o od lew y ze sto p u A IS iM g T i. K o n stru k c ja o b u w ag o n ó w je s t w zasadzie tak a sam a, ró ż n ią się o n e całk o w itą d łu g o ś c ią w ag o n u , a tak że u k ształto w an iem lejó w w y s y p o w y c h z n a jd u ją c y c h się w d o l
nej części n a d w o z ia . W p o ró w n a n iu z w ag o n am i te g o sam ego ty p u w y k o n a n y m i całk o w icie ze stali, w a g o n y z n a d w o z ie m ze sto p ó w Al s ą o około 8000 kg lżejsze. N a rys. 5 i 6 p o k aza
no o m ó w io n e tu w ag o n y .
/ > - 1
i
1 ii
i i ii
ii
¡ 1/ '
. ! \ i \ 1 / \ 1 / \ 1 \ /
C5 0 3
<N
1 © © B 1 3
1900 j 1/900 .1900
199/0
R y s .5 . W a g o n z e s to p ó w A l d o p r z e w o z u z b o ż a t y p U a d g s
F ig .5 . W a g o n , m a d e o f th e A l a l lo y s . f o r th e t r a n s p o r t o f c o m , ty p e U a d g s
R y s .6 . W a g o n z e s to p ó w A l d o p rz e w o z u tle n k u g lin u ty p U as
F ig .6 . W a g o n , m a d e o f th e A l a llo y s , f o r th e tr a n s p o r t o f a lu m in iu m o x id e , ty p e U a s
W U S A , K a n a d z ie i A u stra lii do p rzew o zu ła d u n k ó w m aso w y ch najb ard ziej ro zp o w sz e c h n io n e s ą w a g o n y -g o n d o le z o d k ry ty m nadw oziem i s ta łą po d ło g ą. N ad w o z ie stan o w i kon-
Stopy a lu m in iu m - m ateriały konstrukcyjne. 283
stru k cję sa m o n o śn ą , s p a w a n ą z profili w yciskanych ze sto p u A IM gSiO ,7 o raz blach z A lM g 2 ,7 M n . M a sa w ag o n u pró żn eg o w ynosi 14 000 kg. Ł a d o w n o ść 60 000 kg. W agon ten je s t p rzy sto so w an y do ro zład u n k u na w yw ro tn icy .
W w ielu a g lo m e ra c ja c h m iejsk ich na cały m świecie, tam g d zie istn ieje p o d ziem n a k o m u n ik a c ja m iejsk a, p o p u la rn ie n azy w an a przez nas metrem, sp o ty k am y się z w ag o n am i z b u d o w an y m i ze sto p ó w alu m in iu m . T rudno b yłoby omawiać w szy stk ie zn an e k o n stru k cje w a g o n ów m etra, z a p rz y k ła d niech posłuży w agon metra w y p ro d u k o w a n y p rz e z francusko- b e lg ijs k ą firm ę S F B przy w sp ó łp racy firm y szwajcarskiej A lu su isse d la m etra A tlan ty . N a d w ozie w ag o n u to k o n stru k c ja sam o n o śn a sp aw an a z profili w y cisk a n y c h zc sto p u A lM g S i0 .7 o raz z b la c h ze sto p u A lM g 3 . W agon p o siad a całkow itą d łu g o ść 22,961 m . zaś m a k sy m a ln ą szero k o ść 3,2 m . M asa p o jed y n cz eg o próżnego w agonu w ynosi 34 00 0 kg. zaś m asa n a d w o zia ty lk o 6 5 0 0 kg. Z ew n ę trz n y c h pow ierzchni w agonu nie z ab ezp iecza się przed działaniem k orozji p o p rz e z n a k ła d a n ie p o w ło k m alarskich, lecz jedynie przez p o le ro w a n ie b lach p o szy cia zew n ętrzn eg o .
I l i .
(MT ____________________________________■ IW ! O OP
____________________ »i»«)_______________________;
|a m m o o qc~ □ a a ]] □
R y s .7 . W id o k o r a z p r z e k r ó j n a d w o z i a w a g o n u m e tr a d la A tla n ty F ig .7 . I n te r s e c tio n o f th e w a g o n b o d y f o r s u b w a y in A tla n ta
F irm a A lu su isse je s t tak że p ro d u cen tem w ó zk ó w do w a g o n u to w a ro w e g o p rz y sto so w a n e go do ja z d y po to rze n o rm a ln y m i w ąskim . K o n stru k cja w ó zk ó w je s t id en ty czn a, ró ż n ią się one je d y n ie m asą. R a m a w ó z k a je s t b ezo b w o d o w a, otw arta, z w a h aczo w y m p ro w ad zen iem ło ż y s k z e staw ó w k o ło w y c h . Z a sa d n ic z ą c z ę śc ią ram y s ą w ah acze p ełn iące rolę p o d łu żn ie oraz po p rzeczn ie. E le m e n ty ram y w y k o n an e s ą ze sto p ó w Al. Z e sto p ó w ty ch w y k o n a n e są ró w n ie ż k o rp u sy ło ż y s k o sio w y c h . Z estaw y k ołow e w zg lęd em poprzeczn icy są u sp ręży n o w an e za p o m b c ą re so ró w p ió ro w y c h . P o p rzeczn ice dla o m aw ian y c h w ó zk ó w są sp aw an e ze stopu A lZ n M g l, n a to m ia s t w ah acze i korpusy ło ży sk o sio w y ch o d lan e ze stopu A lC u 4 T i. M asa ram y w ó z k a n a to r w ą sk i w y n o si 20 0 0 kg, zaś na to r norm aln y 46 0 0 kg. W ó zek p o k azan o na rys. 8.
R y s .8 . W ó z e k d la w a g o n u to w a r o w e g o w y p r o d u k o w a n y z e s to p ó w A l F ig .8 . B o g ie f o r a g o o d s w a g o n m a d e o f th e A l a llo y s
4. S P O S T R Z E Ż E N IA I W N IO S K I
W p ro w ad zen ie d o b u d o w y w ag o n ó w sto p ó w a lu m in iu m p o zw ala sp ełn ić w ięk szo ść w y m a g a ń p o d y k to w a n y c h m ięd z y n a ro d o w y m i k ry teria m i z teg o zakresu. Z a sto s o w a n ie stopów Al p rzy n o si n am szereg k o rz y śc i, do k tó ry ch w p ierw szy m rzędzie n ależy zaliczy ć:
- o b n iż e n ie m asy p o ja z d u , dzięk i którem u:
Stopy alu m in iu m - m ateriały konstrukcyjne. 285
a) u zy sk u jem y zm n iejszen ie szk o d liw eg o o d d ziały w a n ia sil dyn am iczn y ch na po jazd i tor, a to p o z w a la na zw ięk szen ie trw ałości zarów no taboru, jak i torów ,
b) u z y sk a n ą n a d w y ż k ę m ocy m ożem y sp o ży tk o w ać do podniesienia p ręd k o ści ja z d y lub te ż do p o w ię k sz e n ia ład o w n o ści składu,
- w p ro w ad zen ie sto p ó w alu m in iu m na elem enty nadw ozi wagonów z w ię k sz a ich o d p o r
n ość n a d ziałan ie korozji atm o sfery czn ej, zm n iejszając ty m samym n ad d atk i m ateriału na ubytki k o ro zy jn e,
- zasto so w an ie sto p ó w A l pozw ala także na o bniżenie kosztów e k sp lo atacji i u trzy m an ia przed e w sz y stk im d zięk i elim in acji pow łok och ro n n y ch , szczególnie gdy do kon stru k cji nad w o zi w a g o n ó w w p ro w ad zim y po lero w an e blachy poszyciowe.
N a le ż y tu je s z c z e w sp o m n ieć, że stopy alu m in iu m m a ją zdolność tłu m ie n ia h ałasu , co m a istotne zn aczen ie z p u n k tu w id zen ia ekologii i ko m fo rtu podróżow ania (zasto so w an ie stopu A lM g S il na tarcze kół o b rę c z o w a n y c h - N iem cy ), a także, że nie zaw sze w yższy k o szt w y tw arzan ia m ateriału w p ro w ad zo n eg o do budow y zesp o łó w i elem entów w a g o n ó w m usi zw ięk szać ko szty je g o ek sp lo atacji.
L IT E R A T U R A
1. Ż m u d a -S ro k a M .M .: B ad an ia w y trzy m ało śc i zm ęczeniow ej stopów Al o ra z lam in ató w p o d k ątem ich p rzy d atn o ści na elem enty zestaw u kołow ego. M ateriały K o n feren cji N a ukow ej „ Z asto so w an ie n o w y ch m ateriałó w ” , Sofia 1987.
2. Ż m u d a -S ro k a M .M .: Stopy Al ja k o m ateriały k o n stru k cy jn e na elem en ty b ie g o w e p o ja z d ó w sz y n o w y c h w św ietle p ro w ad zo n y ch badań. Z eszy ty Naukowe P o litech n ik i Ś ląskiej, ser. T ran sp o rt, z. 14, G liw ice 1989.
3. Ż m u d a -S ro k a M .M .: O k reślen ie p rzy d atn o ści stopu PA 9 na elementy n o śn e p o jazd ó w szy n o w y ch . M ateria ły K o nferencji „P ojazdy S zy n o w e” , Kraków 1995.
4. Ż m u d a -S ro k a M .M .: Stopy Al ja k o m ateriały konstru k cy jn e w b udow ie n ad w o zi sa m o ch o d o w y ch . M ateria ły K o nferencji „K O N M O T ‘96” , K raków 1996.
5. Ż m u d a -S ro k a M .M .: M o żliw o ść o b n iżen ia m asy p o jazd ó w dzięki sto so w a n iu sp ecjaln y ch m a te ria łó w k o n stru k cy jn y ch . M ateriały K o nferencji „Transport ‘9 7 ” , O stra w a 1997.
6. P raca z b io ro w a: P o rad n ik alum inium . W N T, W arszaw a 1967.
7. P o lsk ie norm y.
Recenzent: D r h ab .in ż. M arek S itarz P ro f.P o litech n ik i Śląskiej
A b stra ct
In the p a p e r the au th o r n am es the req u irem en ts fo r m odern w agon c o n stru ctio n . She d is
cusses briefly sp ecific p h y sical and m echanical p ro p erties o f the select A1 allo y s in clu d in g the in flu en ce o f p a rtic u la r alloy additions. In w agon co n stru ctio n the m o st w id ely used are th e Al a llo y s fo r p lastic p ro c e ssin g w h ich seem s to be the best technology o f p ro d u c tio n o f p ro files w ith specific sh a p e s an d sizes. T h e au th o r m en tio n s possibilities and m eth o d s o f jo in in g th e v eh icle elem en ts th ro u g h w eld in g and also th e b en efits from using the Al allo y s in w agon co n stru ctio n . S o m e e x am p les o f the w ag o n s pro d u ced in other c o u n trie s are given w hose b o d ies are m ade o f the A l alloys. T he a u th o r’s co n clu sio n s include th e b en efits from th e use o f the Al alloys c o n cern in g first o f all the lo w er veh icles m ass and the im p ro v ed resistan ce to atm o sp h eric corrosion.
