Файл: СодержаниеВведение История появления железной дороги основы теории сплавов.pdf

М
Содержание
Введение......................................................................................................3-5 1. История появления железной дороги
2.
основы теории сплавов
3. Рельсовая сталь
4.
Металлы в производстве железнодорожных вагонов.......
5. Моющие вещества........................................................................
6.Виды топлива
Химия в работе железной дороги
Введение

М
Железнодорожный транспорт в России является основным в системе транспорта страны.
Железнодорожный транспорт является лидером в России по перевозке грузов, и занимает второе место после автомобильного по перевозке пассажиров: выполнение железнодорожным транспортом 40% пассажирооборота и примерно 80% грузооборота транспорта.
Пути сообщения были всегда и везде. Наземный транспорт зародился в глубокой древности. История наземного транспорта, выделившего из себя новый вид—железнодорожный, уходит вглубь веков.
История появления железной дороги
180 лет назад в стране открылась первая железная дорога общего пользования
180 лет назад, 11 ноября (30 октября по старому стилю) 1837 года, открылась первая в России железная дорога общего пользования.
Она соединила Санкт-Петербург и Царское село.
Идеи по созданию железных дорог в Российской империи начали появляться еще в 1820-х годах, вскоре после запуска первой линии в Англии. Выдвигались предложения построить первую железную дорогу от Санкт-Петербурга до Москвы, Твери или Рыбинска.
Однако все эти проекты были встречены недоверием со стороны правительства из-за большой стоимости, а также из-за неуверенности в надежности работы железной дороги в условиях русской зимы.
Днем рождения российской железнодорожной отрасли считается начало испытаний первого русского паровоза в августе 1834 года.
Он был построен механиками и изобретателями Ефимом
Алексеевичем Черепановым (1774-1842) и его сыном Мироном
Ефимовичем (1803-1849) для транспортировки руды на Выйском заводе в Нижнем Тагиле. Паровая машина, названная "сухопутным

М пароходом", могла перевозить более 200 пудов тяжестей (около 3,2 т) со скоростью 12-15 верст в час (13-17 км/ч).
Первая в России общедоступная пассажирская железная дорога,
Царскосельская, была открыта в 1837 году и соединяла Санкт-
Петербург с Царским Селом, паровозы для нее были заказаны в
Англии.
В 1840 году было открыто движение по второй железной дороге на территории Российской империи: на деньги польских банкиров была построена линия от Варшавы до Скерневице. В 1848 году она соединилась с Краковско-Верхнесилезской железной дорогой
(Австрия) и стала именоваться Варшаво-Венской железной дорогой
(общая длина с австрийским участком - 799 км).
1 февраля 1842 года императором Николаем I был подписан указ о сооружении железной дороги Санкт-Петербург - Москва протяженностью 650 км. 13 ноября 1851 года состоялось ее официальное открытие. Ровно в 11 ч 15 мин. из Петербурга в
Москву отправился первый пассажирский поезд, который пробыл в пути 21 ч 45 мин. Первое время между Петербургом и Москвой курсировали два пассажирских и четыре товарных поезда. При строительстве линии была выбрана ширина колеи в 1 тыс. 524 мм (5 футов) - впоследствии она стала стандартом на железных дорогах
России (с 1980-х годов железные дороги в СССР были переведены на совместимую колею 1 тыс. 520 мм).
С 1865 по 2004 год железными дорогами в стране ведало
Министерство (в 1917-1946 годах - Наркомат) путей сообщения
(МПС, НКПС).
17 марта 1891 года император Александр III поручил своему сыну
Николаю Алексеевичу, будущему императору Николаю II,
"приступить к постройке сплошной через всю Сибирь, железной дороги, имеющей целью соединить обильные дары природы сибирских областей с сетью внутренних рельсовых сообщений".

М
Торжественная церемония начала строительства дороги прошла 31 мая 1891 года близ Владивостока. Завершилось строительство
Транссибирской магистрали 18 октября (5 октября по старому стилю) 1916 года со сдачей в эксплуатацию трехкилометрового моста через Амур рядом с Хабаровском.
Еще до окончания строительства Транссибирская магистраль дала толчок развитию Сибири, в 1906-1914 годах в восточные регионы переселились с ее помощью более 3 млн человек. По состоянию на
2017 год Транссиб является самой длинной железной дорогой в мире (9 тыс. 288,2 км).
К 1916 году сложился каркас современной железнодорожной системы России: были построены все основные радиусы железных дорог Москвы и Санкт-Петербурга, в 1908 году запущено движение по кольцевой железной дороге в Москве (ныне - Московское центральное кольцо, МЦК). Общая протяженность железных дорог, включая подъездные пути, превысила 80 тыс. км.
Основы теории сплавов

М
При изучении сплавов пользуются специальными терминами: система, компонент, фаза, структурная составляющая. Системой называют группу сплавов, выделяемую для изучения их строения и свойств. Понятия система «медь – никель» или система «железо
– углерод» означают, что для исследования берут сплавы с различной концентрацией (содержанием) в первом случае меди и никеля, во втором – железа и углерода. Компонентами называют вещества, образующие систему. Компонентами могут быть чистые металлы, неметаллы, устойчивые химические соединения. Например, в сплавах железа с углеродом компонентами будут железо (чистый металл) и карбид железа
Fe3C (химическое соединение). В этом случае получается система сплавов Fe – Fe3C. Фаза – однородная часть сплава, имеющая свой состав, свойства и видимую границу раздела. Сплавы могут быть однофазные, когда все кристаллы однородны, имеют один состав и одинаковые свойства, а границы позволяют судить об их форме и размерах. Сплавы могут быть двух- и многофазные, если они состоят из различных по составу и свойствам кристаллов. В большинстве случаев входящие в сплав компоненты в жидком состоянии полностью растворимы друг в друге и представляют собой жидкий раствор (одна фаза – жидкость). В твердом состоянии сплавы образуют твердые растворы, химические соединения и механические смеси (Рисунок 6). Структурная составляющая – это однородная часть строения, образовавшаяся в результате первичной или вторичной кристаллизации сплава как из жидкого, так и из твердого раствора. Структурная составляющая может состоять из одной или нескольких фаз. В системе сплавовFe – Fe3C в отличие от других систем фазы, как и структурные составляющие, имеют названия и обозначения, единые в мире. Например, химическое соединение железа с углеродом, имеющее формулу Fe3C (карбид железа), называется цементитом, и на всех языках мира это произносится одинаково.

М
Рельсовая сталь
Современный железнодорожный транспорт не похож на тот, что был 100 лет назад. Скорость поездов с того времени увеличилась почти в 5 раз, а грузоподъемность в 8-10. Такие количественные изменения не могли не затронуть и рельсы, по которым перемещается локомотив. Их износостойкость, прочность и твердость также достигли нового уровня своих значений. В нынешнее время рельсовая сталь обладает целом рядом функциональных особенностей.
Рельсовая сталь
— это группа сталей, которых объединяет общий способ применения.
А именно, изготовление рельсовых путей сообщения для железнодорожного транспорта. В основе фазовой структуры сплава лежит мелко игольчатый перлит. Для выплавки металла используют либо конверторные, либо обычные дуговые сталеплавильные печи.
Рельсовые марки стали подразделяются на 2 группы в зависимости от вида применяемых раскислителей:
• В 1-ую группу входит сталь, раскисленная ферромарганцем или ферросилицием.
• Вторая — включает в себя раскислители на основе алюминия.
Металл 2-ой группы является предпочтительней, т.к. содержит в себе меньший процент неметаллических включений.
Химический состав рельсы полностью регулируется государственным стандартом ГОСТ Р 554 97- 2013. Согласно ему, помимо основного компонента железа, сплав должен включать в себя следующий набор элементов:
• Углерод (0,71-0,82%) является базовой составляющей любой стали. Главное назначение углерода — это увеличение механических характеристик стального сплава. Происходит это за счет связывания молекул железа частицами углерода, в результате чего образуются более крупные, твердые и одновременно прочные молекулы карбидов железа. К тому же углерод позволяет стали дополнительно упрочняться при воздействии на нее повышенной температуры. Таким образом, твердость и предел прочности рельс может быть увеличен еще на 100%.
• Марганец (0,25-1,05%) способствует улучшению механических свойств рельсы. Благодаря его добавлению в состав удается увеличить значение ударной вязкости в среднем на 20-30%.
Твердость и износостойкость также повышаются. Но в отличие от углерода, изменение данных показателей происходит без

М ухудшения его пластичных свойств, что играет не мало важную роль для технологичности рельсовой стали
• Кремний (0,18-0,40%) удаляет остатки кислорода, улучшая тем самым внутреннюю кристаллическую структуру. Снижает вероятность риска образования ликвации — химической неоднородности сплава по своему химическому составу. Все это дает возможность увеличить долговечность железнодорожного пути в 1,3-1,5 раза.
• Ванадий (0,08-0,012%) ответственен за контактную прочность рельсы. При добавлении его в сплав он сразу же связывается углеродом, образовывая карбиды ванадия. Данное соединение имеет повышенную износостойкость и плотность, тем самым увеличивая нижний порог предела выносливости сплава.
• Азот (0,03-0,07%) относится к группе вредных примесей. Его отрицательное воздействие заключается в нейтрализации легирования стали ванадием. Т.е. вместо карбидов образуются нитриды ванадия. Они обладают низкими значениями механических свойств. Не способны термоупрочняться. В общем, сводят дорогостоящее легирование ванадием на нет.
• Фосфор (до 0,035%) входит в группу нежелательных элементов в составе. Его главный отрицательный эффект — это повышение их хрупкости. Железнодорожное полотно обладает достаточной твердостью, но при этом не имеет должного значения прочности. Все это приводит к высокой вероятности образования трещин и последующему разлому рельсы.
• Сера (до 0,045%) снижает технологические параметры стали.
Податливость сплава во время его горячей обработки давлением резко падает. Возникает повышенный риск образования трещин. Рельсы, полученные из такой стали, отправляются в брак по причине обладания повышенной хрупкостью.
Металлы в производстве железнодорожных вагонов.
Для того чтобы современные вагоны отвечали высокому технологическому уровню и надежности, при их изготовлении требуется употреблять экономичные прогрессивные конструкционные материалы, которые обладают гарантированным комплексом требуемых физико-химических свойств, как в исходном состоянии, так и в сварных соединениях.

М
До конца 50-х гг. прошлого столетия в вагоностроении в основном в качестве главного конструкционного материала применялась углеродистая сталь марок ст3, 15, 20. Она была достаточно технологичной в производстве и позволяла использовать различные приемы резки, сварки, гибки, штамповки и т.д.
Однако повышение требований по эксплуатации, безопасности и надежности поездов, увеличение интенсивности использования подвижных составов, стремление к увеличению межремонтных сроков заставили принять меры и провести комплексные мероприятия по повышению качества металла, используемого в основных несущих элементах конструкции вагонов.
В 21 веке в странах СНГ при выборе материала в вагоностроительстве все больше стали обращать внимание на коррозионностойкие нержавеющие, двухслойные стали и алюминиевые сплавы. Более широко стали применяться низколегированные стали класса прочности 450-500 МПа и композиционные материалы
Для производителей облегченных конструкций сталь является удобным материалом, потому что стоит относительно недорого, обладает хорошей прочностью и пластичностью, имеет высокий модуль упругости, хорошо подвергается обработке и свариванию, ремонтопригодна, сохраняет хорошие показатели экологичности и возможность утилизации, имеет значительный потенциал для создания облегченных конструкций.
Нержавеющая сталь широко применяется в строительстве вагонов, обладающих повышенными параметрами безопасности особенно в случаях столкновения. Металлоконструкции вагона из нержавеющей стали поглощают энергию в 2,5 раза большую, чем конструкции из обычной стали за счет лучшей способности к деформации и большей жесткости. Срок службы при этом составляет 30-40 лет, каждые 5 лет проводится техническое обслуживание и каждые 15 лет – капитальный ремонт.
В производстве используются различные вариации алюминиевых сплавов – дуралюмины (наиболее прочные сплавы), магналии
(сплавы с большим содержанием магния), силумины (с большим содержанием кремния, название образовано от латинского названия кремния – силициум).

М
Силумины обладают лучшими среди всех алюминиевых сплавов литейными качествами. Их применяют там, где необходимо изготовить тонкостенные или сложные по форме детали. Их коррозионная стойкость больше чем у дуралюминов и меньше чем у магналиев. Кроме вагоностроения их применяют в авиастроении, автомобилестроении и производстве сельскохозяйственных машин.
При производстве металлических изделий, использующихся под воздействием высоких температур и требующих повышенной стойкости против окисления, используют сплавы из окисленного алюминиевого порошка. При температуре 200-400 градусов Цельсия прочностные свойства этого сплава превосходят дуралюмины и магналии.
Моющие средства.
Моющие и дезинфицирующие средства, использующиеся для
мытья вагонов
Все дезинфектанты и моющие средства должны быть допущены к использованию на ж/д транспорте органами санэпиднадзора, иметь необходимые документы, быть безопасными для пассажиров, хорошо смываться водой.
Этим требованиям соответствует продукция российской фирмы
Сателлит, которые можно приобрести в интернет-магазине
Septolit.ru.
«Проклин Олдей»
Это средство для ежедневной и заключительной уборок поверхностей. Выпускается в концентрированном виде, из него готовится 0,5-5 % рабочий раствор. Хорошо отмывает пол, стены, оборудование в вагоне. Не портит покрытия, отлично смывается водой.
«Септолит Экспресс»
Это средство на основе изопропилового спирта прекрасно дезинфицирует труднодоступные места, небольшие поверхности.

М
Оно уничтожит патогенные микроорганизмы с вагонных спальных мест, столиков, ручек, оборудования и др.
«Септолит Салфетка антисептическая»
Эти спиртовые салфетки незаменимы для дезинфекции поверхностей и рук проводника. Ими удобно пользоваться в любых ситуациях. Они обеспечат защиту от большинства микробов, вирусов и грибковых заболеваний.
Виды топлива
Топливо — это горючие вещества, выделяющие при сжигании тепло, используемое для получения других видов энергии или материалов.
По агрегатному состоянию топливо подразделяется на твердое, жидкое и газообразное. По химическому составу топливо делится на углеводородное и неуглеводородное. Твердое и жидкое топливо состоит из горючих элементов, негорючих минеральных примесей
(золы) и влаги. К горючим элементам относятся углерод, водород, кислород, азот и сера. Основное количество тепла выделяется при сгорании углерода. Влага и зола являются балластом, снижают тепловые характеристики топлива и затрудняют процесс его горения в топке. Удельной теплотой сгорания Q твердого и жидкого топлива называют количество тепла, выделяемого 1кг топлива при его полном сгорании. Удельная теплота сгорания Qизмеряется в ккал/кг или кДж/кг. Удельной теплотой сгорания газообразного топлива называют количество тепла, выделяемого 1м3 газа при нормальном давлении и температуре 0 °С. Различают величину высшей и низшей теплоты сгорания топлива. Величина высшей теплоты сгорания
QBбольше величины низшей теплоты сгорания QHна величину теплоты, затраченную на испарение влаги. Твердое топливо К твердому топливу относятся ископаемые угли, торф, горючие сланцы, дрова и искусственные его виды — брикеты, кокс и древесный уголь. Качество твердого топлива зависит не только от теплоты сгорания, зольности и влажности, но и от его механической прочности и термической стойкости, выхода летучих веществ и спекаемости. Способность твердого топлива сопротивляться измельчению при перегрузке и под действием атмосферы называется механической прочностью. Термическая устойчивость топлива — это стойкость его против разрушения под действием высоких температур и способность сгорать в куске. Твердое топливо при нагревании без доступа воздуха распадается на твердую и

М летучую (газообразную) части. Твердый остаток 114 состоит из углерода и золы, летучая часть — из окиси углерода СО, водорода
Н, метана, углекислого газа и паров воды. Способность топлива спекаться зависит от присутствия в нем смолистых веществ.
Спекшийся нелетучий остаток называется коксом. Кокс обладает высокой прочностью и термической устойчивостью, используется в качестве технологического топлива в доменных печах и вагранках.
Топливо, имеющее нелетучий твердый остаток в виде сыпучего порошка, применяется в топках. При нагреве топлива в присутствии кислорода воздуха летучие вещества горят с образованием пламени, горение нелетучего твердого остатка не дает пламени.
Твердое топливо применяется для растопки комбинированных котлов системы отопления и кипятильников пассажирских вагонов.
Каменные угли составляют основную часть ископаемых углей. Их удельная теплота сгорания до 6000 ккал/кг и выше. Очень плотные, черные с металлическим блеском ископаемые угли называются антрацитами. Антрацит по составу более всего приближается к чистому углероду. Удельная теплота сгорания антрацита — 6200—
6500ккал/кг. Антрацит — высококачественное энергетическое топливо, горит слабым пламенем, почти беззольный, не спекается; хорошо сохраняет свои свойства при транспортировке и хранении в течение длительного времени. Помимо ископаемых каменных углей, к твердым видам топлива относятся торф, горючие сланцы и дрова.
Искусственное топливо получают для более эффективного использования твердых видов топлива. Мелкие фракции ископаемых углей содержат больше золы и влаги, поэтому для обеспечения более полного сгорания их размалывают до пылевидного состояния.
Пылевидное топливо — это порошок углей высокой дисперсности.
Такое топливо сгорает почти полностью. Кроме этого,из мелких фракций углей прессуют брикеты — правильной формы бруски угля.
Кокс получают в результате термохимической переработки коксующихся углей. Угольную шихту нагревают без доступа воздуха до 1000—1100°С. За 11—14часов частицы коксующихся углей спекаются в куски кокса. К искусственному твердому топливу относится также древесный уголь, получаемый нагреванием древесины без доступа воздуха. Древесный уголь почти не содержит серы и минеральных веществ. Жидкое топливо. Нефть является практически единственным видом естественного жидкого топлива.
115 Россия занимает одно из первых мест в мире по добычи нефти.
Примерный химический состав нефти следующий: углерода содержится от 82 до 87%; водорода — от 11 до 14%; кислорода — от