nghiên cứu nâng cao độ bền chi tiết
toa xe trong điều kiện việt nam

PGS. TS. Vũ duy lộc
Bộ môn Đầu máy Toa xe
Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT
PGS. TS. Đinh quảng năng
Bộ môn Vật liệu v công nghệ đúc
Trờng Đại học Bách khoa H nội
NCS. ThS. Đồng xuân thành
Cty t vấn Đầu t v Xây dựng

Tóm tắt: Bi viết ny nêu tóm tắt quá trình nghiên cứu nâng cao độ bền cho các chi tiết
chịu lực chủ yếu trong toa xe bằng công nghệ vật liệu mới v cải tiến công nghệ chế tạo chi tiết
với điều kiện nguyên vật liệu v thiết bị sẵn có ở Việt Nam.
Summary: This paper briefs on the study procedure for increasing the serveablity of the
main bearing parts of coaches by using new material technology and improvement of detail
manufacturing under the conditions that the materials and equipment are available in Vietnam.

CB
A

i. đặt vấn đề
Độ bền là một đặc tính cơ bản của bất kỳ một loại vật liệu kết cấu nào và việc nâng cao độ
bền cho kết cấu luôn là nhu cầu khách quan mang tính liên tục, thờng xuyên của những nhà
vật liệu học, nhà luyện kim và thiết kế công nghệ. Vật liệu chế tạo các chi tiết toa xe cũng là vật
liệu kết cấu, cho nên việc tìm cách nâng cao độ bền các chi tiết toa xe cũng nằm trong xu
hớng chung tăng bền cho kết cấu, nhằm nâng cao độ an toàn tin cậy cho chủng loại kết cấu
phục vụ cho việc vận chuyển hành khách và hàng hoá. Điều này cũng đã đợc khẳng định
trong các chủ trơng đầu t, chính sách khoa học công nghệ của Nhà nớc ta, thể hiện trong

Trong khi nhu cầu thực tế của ngành Đờng sắt nớc ta đến thời kỳ cần đổi mới phơng
tiện nhằm nâng cao chất lợng vận tải, tăng khả năng cạnh tranh chuẩn bị bớc vào thời kỳ hoà
nhập kinh tế quốc tế, cho nên việc nâng cao chất lợng toa xe để đáp ứng các đòi hỏi ngày
càng cao của khách hàng là vấn đề cấp thiết đợc đặt ra đối với ngành chế tạo toa xe. Ngoài
nhu cầu chế tạo mới khoảng 250 toa xe/năm, ngành Đờng sắt còn phải đáp ứng nhu cầu sửa
chữa duy trì hoạt động của khoảng 5000 toa xe có nguồn gốc từ nhiều nớc khác nhau. Các toa
xe này đã đến thời kỳ cần có các chi tiết phụ tùng mới thay thế cho các chi tiết mòn hỏng, đã
hết hạn sử dụng, trong số đó có những chủng loại phụ tùng mà nớc ngoài không còn sản xuất
nữa. Trớc tình hình đó, ngành Đờng sắt nớc ta đã đến lúc cần phải chủ động giải quyết khâu
phụ tùng có chất lợng cao phục vụ sửa chữa, thay thế trong ngành.
ii. Lựa chọn giải pháp
Theo [1], để nâng cao độ bền và tuổi thọ các chi tiết toa xe, có thể đi theo các nhóm giải
pháp nh trong sơ đồ hình 1.
Các giải pháp nâng cao độ bền chi tiết toa xe
1. Nhóm các giải pháp cải tiến
kết cấu, giảm tải trọng tác
dụng lên chi tiết toa xe
2. Nhóm giải pháp dùng vật
liệu mới chất lợng cao để
chế tạo chi tiết toa xe
3. Nhóm các giải pháp
cải tiến công nghệ chế
tạo chi tiết toa xe
Giảm tự
nặng toa
xe, dùng
thùng xe
toàn thân
chịu lực,
Giảm độ

lực
Cải tiến
công
nghệ gia
công
nhiệt
luyện
CB
A

Hình 1. Sơ đồ các giải pháp nâng cao độ bền chi tiết toa xe
Trong 3 nhóm giải pháp trên, nhóm giải pháp tính toán kết cấu giảm lực tác dụng (nhóm 1)
đã có nhiều đề tài nghiên cứu, cho nên đề tài chủ yếu đi theo hớng nghiên cứu thực nghiệm
dùng vật liệu mới có cơ tính tổng hợp cao và cải tiến công nghệ chế tạo chi tiết (nhóm giải pháp
2 + 3) để nâng cao độ bền chi tiết toa xe.

iii. thực hnh giải pháp dùng vật liệu mới để nâng cao độ bền chi tiết toa xe
1. Nghiên cứu thiết kế vật liệu phù hợp trên cơ sở tham khảo thành phần vật liệu của
nớc ngoài và ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim đến cơ tính của thép
- Nghiên cứu thành phần vật liệu chế tạo chi tiết toa xe của một số nớc tiên tiến nh ấn
Độ, Nga, Mỹ, Trung Quốc.
Bảng 2. Thép hợp kim thấp chế tạo các chi tiết toa xe của ấn Độ [4]
Thành phần hoá học các nguyên tố , %
Nhóm
IS
C Si Mn P S Ni Cr Mo
Nguyên tố
khác
IS:2708
Nhóm1

ZG25MnNi
0,32
0,28
1,50
0,40
0,90
1,00
0,3
0,4

0,3
0,3 Cr
0,04 % P, S
AAR - C
ZG25MnCrNiMo
0,32
0,28
1,50
0,40
1,85
0,40
0,3

0,3
0,04 % P, S
Cr+Ni+Mo 1,45
AAR - E
QG - E1
0,32
0,28

Niken
Mở rộng khu vực và xúc tiến quá trình austenit hoá, nâng cao độ bền mà không
làm giảm độ dẻo, tăng tính chịu ăn mòn.
Nhôm Khử ô xy tốt, làm nhỏ hạt tinh thể, tăng tính chịu ô xy hoá và tính chịu ăn mòn.
Titan Tác dụng khử ô xy, cờng hoá fe-rit, làm nhỏ mịn hạt tinh thể.
Nguyên tố đất hiếm Khử lu huỳnh, khử khí, làm nhỏ hạt tinh thể, làm tốt tổ chức ở trạng thái đúc.

- Tổng hợp các kết quả nghiên cứu ở trên, đề tài thiết kế ra 3 mác vật liệu mới trong nớc là
thép hợp kim thấp nh trong bảng 5.
Bảng 5. Vật liệu mới chủ yếu để chế tạo chi tiết toa xe trong nớc
Thành phần hoá học các nguyên tố chủ yếu, %
Mác thép
C Si Mn Cr P S Nguyên tố khác
Công
dụng
20CrMnSiRE 0,15 -0,23 0,8-1,1 0,8-1,1 0,8-1,1
0,04 0,03
< 0,3 ( trừ Ni)
0,15- 0,2 RE
Chi tiết
hàn cán
25CrMnSiRE 0,20-0,28 0,8-1,1 0,8-1,1 0,8-1,1
0,04 0,03
< 0,3 ( trừ Ni)
0,15- 0,2 RE
Chi tiết
đúc
30CrMnSiRE 0,25- 0,35 0,8-1,1 0,8-1,1 0,8-1,1
0,04 0,03
< 0,3 ( trừ Ni)

C.
- Chọn chế độ nhiệt luyện thờng hóa đơn giản, kinh tế, ít gây cong vênh, mà cơ tính đạt
đợc cũng khá cao.
4. Cải tiến công nghệ đánh giá chất lợng sản phẩm, bằng cách sử dụng các phơng
pháp tiên tiến nhất đ có ở Việt Nam.
- Dùng phơng pháp phân tích quang phổ để tự động xác định thành phần của hợp kim

thực tế với độ chính xác cao, đồng thời thời phân tích đợc nhiều nguyên tố cùng lúc (bảng 6).
Bảng 6. Thnh phần thực tế của thép hợp kim thấp đúc phôi chi tiết toa xe mới
Thành phần hoá học của mác thép hợp kim thấp mới chế tạo trong nớc, %
C Si S P Mn Ni Cr Mo
0,24591 0,92949 0,02072 0,03824 0,95778 0,85432 1,02158 0,02787
Cu Ti Sn Co Al V Zn Fe
0,10970 0,00688 0,00769 0,01902 0,06519 0,00755 0,00313 Còn lại
- Xác định giới hạn bền của vật liệu chế tạo chi tiết toa xe bằng phơng pháp mới kết hợp
với kiểm tra bằng các phơng pháp truyền thống (xem bảng 7).
Bảng 7. Độ bền của vật liệu mới đợc chế tạo ra trong nớc
Giới hạn bền của vật liệu mới chế tạo chi tiết toa xe, MPa
Số phép
thử cho mỗi
loại vật liệu
Vật liệu qua đúc Vật liệu qua thờng hoá Vật liệu mới qua tôi
Ghi chú
7 1051 1042 1588
Trị số trung
bình
Bảng 8. Độ dai va đập của vật liệu mới đợc chế tạo ra trong nớc
Mẫu thử số Độ dai va đập, KCU, J/cm
2
Ghi chú