第２６卷第１ｌ期Ｖ０１．２６Ｎｏ．１ｌ企业技术开发ＴＥＣＨＮＯＬＯＣＩＣＡＬＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ０ＦＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ２００７年１１月Ｎｏｖ．２００７变形铝合金在轨道车辆中的应用熊建武，周进（湖南铁道职业技术学院机电工程系，湖南株洲４１２００１）摘要：变形铝合金用于轨道车辆是现代化铁道车辆运输轻量化、高速化的必然结果。文章阐述了变形铝合金用于轨道车辆的优势与发展前景。关键词：铝合金；轨道车辆；优势；应用；发展前景中图分类号：ｕ２７０．４文献标识码：Ａ文章编号：１００６—８９３７（２００７）１ｌ一００１８一０２Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｉｎｔｈｅｏｒｂｉｔＶｅｈｉｃｌｅＸ１０ＮＧＪｉａｎ—ｗｕ，ＺＨＯＵＪｉｎＥ１ｅｃｔｒｉｃｉｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｕｚｈｏｕ．ＨｕｎａｎＲａｉｌｗａｙＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣ０１ｌｅｇｅ，ｏｆＭａｃｈｉｎｅａｎｄＨｕｎａｎ４１２００１，Ｃｈｉｎａ）ｉｓｔｈｅｉｎｅｖｉｔａｂｌｅｔｅｘｔＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｗｅｉｇｈｔｒｅｄｕｃｉｎｇａｎｄａｌｕｍｉｎｕｍｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｌｌｏｙｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｏｒｂｉｔｖｅｈｉｃｌｅｖｅｈｉｃｌｅｏｕｔｃｏｍｅｅｌａｂｏｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｔｈｅｔｉｍｅｓｏｆａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｍｏｄｅｍｔｈｅｒａｉｌｒｏａｄｃｏｎｖｅｙａｎｃｅ．Ｔｈｉｓｏｒｂｉｔｖｅｈｉｃｌｅ．ａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄｔｈａｔａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ｏｒｂｉｔｖｅｈｉｃｌｅ；ａｄｖａｎｔａｇｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎＩｆｏｒｅ驴ｏｕｎｄ１变形铝合金的应用及发展现状１．１速客车和城轨车上的应用得到了极大发展，铝合金车辆数量猛增。德国、意大利、加拿大、日本等发达国家，投入运营的铝合金车体已达３万多辆，铝合金车辆以每年约１５００辆的速度递增。一些发展中变形铝合金用于轨道车辆的优势轻量、高速已成为现代化铁道车辆运输的重要标志。要做到轻量、高速，就必须减轻车体自重。采用不锈钢、铝合金（变形铝合金）材料是减轻车体自国家如韩国、中国，也积极引进技术，开发研制铝合金车体，并已经实现生产和出口。中国开发铝合金车体起步较晚，１９８９年，长春轨道客车股份有限公司（以下简称长客股份）开发重的有效措施。不锈钢因其密封性较差，一般适于制造１６０～２８０ｋｍ／ｈ的准高速列车，而变形铝合金材料可以用于制造２００ｋｍ／ｈ以上的高速列车。将大型薄壁铝型材作为机车车辆的主导材料，便于制造，可以减轻车辆自重３０％以上。运行性能好，节省牵引能耗，减少运营费用。１．２变形铝合金车体的发展现状了首辆铝合金地铁车体，目前仍在北京地铁运行。由于该车体制造工艺繁琐，平整度较差而没有得以推广使用。１９９６年，铁道部组织人力、物力开发ＩｃＦ２型铁路闭式型材结构铝合金车体，长客股份采用德国进口材料，用简易自动焊设备和机加工设为适应列车的发展，世界各国均在大力开发、制造铝合金车体。铝合金车体经历了板梁结构铝合金车体、板梁和型材混合结构铝合金车体、完全闭式型材结构铝合金车体３个发展过程。２０世纪８０年代后期，随着高速铁路和城轨车的发展以及新型超长、精密大断面铝型材的生产和备制造出了中国第一台闭式和开式型材混合结构铝合金车体。２００１年，长客股份公司建成了国内第一条铝合金自动化焊接生产线。并利用国产材料，开发研制了国内第一辆磁悬浮列车。２００２年，长客股份进入批量生产２７０ｋｍ／ｈ高速客车、２１０ｋｍ／ｈ焊接技术的不断进步，铝合金在长途客车尤其在高电动车组和批量生产铝合金客车、城市轨道车辆的阶段，中国具备了铝合金车体生产关键技术。收稿日期：２００７—０８一０６作者简介：熊建武（１９６４一），男，湖南安化人，工学硕士，副教授、高级工程师，研究方向：机械设计与制造。２车辆用铝合金的性能２．１牌号及化学成分目前我国有１１种铝合金可以和国外车辆用铝基金项目：２００６年省高等学校研究项目（ｏ也铁铝舍金高速切削加工技术研究》（０６Ｄ０６２）；中国职业技术教育学会课题《高职院校模具设计与制造专业建设的研究与实践》（７—６教工委【２００７１５号）合金相对应，但缺少国外车辆上最常用的、挤压性能及综合性能较好的６００５（日本为６Ｎ０１）和强度较万方数据第２６卷第ｌ１期熊建武，等：变形铝合金在轨道车辆中的应用１９高的７Ｎ０１、７００３等材料。２．２热处理特性铁道车辆用铝合金分为热处理可强化铝合金和热处理不可强化铝合金两种。除４×××系不用外，２×××系、６×××系、×ｘ×系为热处理可强化铝合金，１×××系、３×××系、５×××系为热处理不可强化铝合金。常用的热处理方法为退火、淬火、时效、固溶处理。铁道车辆结构用铝合金常常根据其材质制成型材或板材使用，如５０８３—０（板材）和５０８３一Ｈ１１２（型材）、６０６１一Ｔ６（板材、型材）、６０６３和６Ｎ０１（相当于欧洲６００５Ａ）一Ｔ５（型材）、７Ｎ０１一Ｔ４、７Ｎ０１一Ｔ６（板材）、７ＮＯｌ—Ｔ５（型材）、７００３一Ｔ５（型材）。这些合金的质别及其热处理条件取决于强度要求、机械加工性、耐应力口腐蚀裂纹性等。２．３力学性能相同成分的铝合金由于热处理工艺、加工硬化工艺的不同，性能有较大的差异，强度以７Ｎ０ｌ为最好，其次是７００３、５０８３、５０５２。热处理可强化合金的抗拉强度和屈服点高，特别是高温时效材料（Ｔ５和Ｔ６）比低温时效材料（Ｔｌ和Ｔ４）屈服点高，热处理不可强化合金５００５、５０５２、５０８３的强度依次提高，软质材料延伸率高，翘曲硬化调质材料屈服点高，但延伸率低，疲劳强度大致与抗拉强度成正比。２．４其他性能２．４．１可焊性铝质车辆的组装多用ＭＩＧ和ＴＩＧ焊接法，填充材料主要用５３５６。外板和骨架的组装采用点焊。可焊性用焊接接头强度、焊接裂纹性、焊接缺陷（气孔、熔合不良）的发生程度来评价。一般，Ａｌ—Ｍｇ合金可焊性好，Ａｌ—Ｍｇ—ｓｉ系和Ａｌ—Ｚｎ—Ｍｇ系有一部分较差。这些合金焊接时，如果填充材料选择得适当，在使用上也没有问题。各种不同组合的母材，使用的填充材料（电极线）也不同。对焊接实际构件来说，由于过大的热输入易产生显微裂纹，过小的热输人易产生焊透性不良，焊接条件不具备和焊工不熟练等易产生焊口裂纹，所以应选择适当的焊接条件及熟练的焊工。根据前苏联资料，热处理可强化合金的焊接接头强度比母材强度低１０％～１５％，而从日本情况来看，焊接接头强度几乎与母材相同。２．４．２耐腐蚀和应力腐蚀裂纹性除Ａｌ—ｃｕ系、Ａｌ—ｚｎ—Ｍｇ—Ｃｕ系外，铝合金在陆万方数据地上大气内的耐腐蚀性是良好的。日本对车辆用铝合金盐雾腐蚀试验的耐蚀性作过详细研究比较，在所比较的铝合金中，Ａｌ—Ｍｇ系合金的５０８３具有良好的耐蚀性，其次是Ａ１一Ｍｇ—ｓｉ系合金，而Ａｌ—ｚｎ—Ｍｇ系合金的耐蚀性则较差。一般来说，高强度材料易发生应力腐蚀裂纹，对铝合金也无例外，应力腐蚀裂纹一般限于Ａ１一ｃｕ系、Ａｌ—ｚｎ—Ｍｇ系、Ａｌ—ｚｎ—Ｍｇ—ｃｕ系等高强度材料。对于Ａ１一ｚｎ—Ｍｇ系合金的耐应力腐蚀性，特别是ｓＴ（拉伸）方向来说，经过时效处理（ＴＴ处理）或消除应力处理和添加微量的Ｃｕ（添加到不妨碍可焊性、耐蚀性的范围），可显著改善耐应力腐蚀性。２．４．３挤压性能Ａｌ—Ｍｇ系和Ａ１一Ｚｎ—Ｍｇ系材料的挤压性能差，Ａｌ—Ｍｇ—ｓｉ系材料的挤压性能好，而Ａｌ—Ｚｎ—Ｍｇ系中７００３是作为大型薄壁挤压铝型材开发出来的，６００５（相当于日本６Ｎ０１）是挤压性能很好的合金。６００５Ｂ、６００５Ｃ和改善了壁厚方向耐应力腐蚀裂纹性的７Ｎ０１ｆＣｚ５Ｄ）合金，将越来越多地被采用。３变形铝合金在轨道车辆上应用的发展前景３．１未来铁道车辆发展方向和选材新课题近年来，半铝或全铝结构车辆、大型双层客车、时速达３００ｋｍ／ｈ以上的高速新结构客车、高速磁垫式和气垫式铁道车辆、新型混合结构车辆等的相继研制成功并投入使用，给铁道车辆用材特别是铝材提出了越来越高的要求和各种新的研究课题。因此，铁道车辆用铝材也正向着大型整体化、空心薄壁轻量化、通用标准化、高性能、多功能、节能、环保安全、降低成本、提高材料利用率和生产率等方向发展。近几年来，世界各国组织了大量人力、物力和财力在改进车辆结构的同时，也对车辆用铝材、新的加上方法及相关技术进行研究。特别是在挤压工艺和轧制工艺，材料的大型化、整体化、薄壁化和空心化，材料的各种特殊性能（如耐火耐热性，异种材料焊接性能），新的接合方法，消除应力方法，新型表面处理方法，多种材料混合搭配方法，铝基复合材料，压铸材料，简化工艺，缩短制造周期和降低成本等方面开展科技攻关和开发，并取得了初步成效。３．２混合结构车体的开发考虑安全和使用寿命，车体的地面台架等部分结构有耐火及耐热性要求．采用耐热不锈钢较为有利，对混合结构车体，需要解决（下转第４１页）第２６卷第１ｌ期陈晓伟：中国钢铁工业竞争力评价研究４１这也同样印证了钢铁产业发展离不开良好的宏观性联盟，同时不断提高钢铁企业的海外市场参与能经济环境。力和抗风险能力，培育出具有国际竞争力的大钢铁第四阶段：１９９９～２００５年。这一时期钢铁工业集团。竞争力总体上稳步上升。特别是２００１年以后ＧＤＰ③稳定铁矿石来源，为钢铁工业发展保证原料增长迅速回升，国内经济发展良好，钢材需求旺盛，供应。建立长期稳定的供应关系，尽可能拓展供应钢铁工业固定投资连续保持高位增长，钢材出口增渠道的多样性，同时要在国内钢铁企业问形成利益长迅速，国际市场占有率不断提高，同时钢铁工业共同体，增加我国钢铁企业在世界市场上的铁矿石全员劳动生产率快速增加，这都导致了钢铁工业总谈判话语权。体竞争力的快速上升。４．２提升我国钢铁工业竞争力的对策建议参考文献：①政府应为钢铁工业发展提供良好的政策法制环境。我国大多数钢铁企业都是在计划经济时代【１】迈克尔’·波特．竞争优势［Ｍ］一Ｅ京：华夏出版社，２００３．所创办，政府对其干预作用太强，应进一步弱化对【２】金碚．中国工业国际竞争力一理论、方法与实证研究【Ｍ］．钢铁工业的行政性控制，加强市场资源配置的基础北京：经济管理出版社，１９９７．性作用，进一步理顺国有及国有控股钢铁企业的投【３］张金昌．国际竞争力评价的理论和方法【Ｍ】．北京：经济科学出版社，２００２．融资体制，强化政府和行业协会对钢铁产业发展的［４】王仁曾．产业国际竞争力决定因素的实证研究（Ｊ】．统计研公共信息支持工作。究，２００２，（４）．②不断提高我国钢铁工业的集中度，培育具有［５】旭骞．我国钢铁企业国际竞争力研究［Ｊ】．工业技术经济，国际竞争力的一批钢铁企业集团。不断引导钢铁企２００３．（４）．业结构调整，促进钢铁企业间的集团化兼并和区域（上接第１９页）异种材料接合问题。目前，国外研制［Ｊ】．电力机车与城轨车辆，２００７，（４）：２１—２３．正在研制采用爆炸焊接包覆材料的方法。有的国家［２】雷成，肖守讷．地铁铝合金车体的结构设计与强度分析还在试验研究代替不锈钢的新型复合材料。此外，【Ｊ】．机车电传动，２００６，（１）：５４—５６．还需对混合结构车体的整体结构、整体强度和刚度［３】朱剑月，沈培德．Ｂ２型地铁车辆铝合金车体模态分析【Ｊ］．以及成本等问题进行研究。城市轨道交通研究，２００５，ｆ１）：３５—３７．３．３普通铁道客运和大型货车车体的铝合金化【４］中国有色金属学会．车用型材关键技术通过验收［Ｊ】．有色设备，２００５，ｆ３１：４８．目前正面临大量的普通客车提速（大于１８０ｋ“【５】朱剑月，沈培德．地铁Ｂ２型铝合金车体结构设计与强度ｈ１，要求车体轻量化，需要开发一系列适应于客车改分析【Ｊ】．铁道机车车辆，２００５，（１）：１４一１６．造，而且价格低廉可大批量生产的新型铝合金材［６］肖彦君，杨润栋．地铁车辆车体材料的选型分析【Ｊ】．现代料。城市轨道交通，２００５，ｆ１１：１２—１４．运输矿石、煤炭、水泥、化学品和油品的货车，［７］程祖国，李莉，朱剑月，等．地铁鼓形铝合金车体承载结为了多装快跑急需轻量化。因此需要研制一组大型构设计要点及限界校核［Ｊ１．电力机车与城轨车辆，２００３，的高强度、耐腐蚀、耐磨损、易于加工制作的厚铝（４）：２５—２６．板、扁宽型材和大径管材，以满足筒型铝质货车轻［８】汪明朴，王志伟，王正安，等．地铁列车用７００５铝合金力量化的要求。学性能及微观结构分析『Ｊ］．中国有色金属学报，２００ｌ，（６）：１０６９一１０７３．参考文献：［９】周建乐，王军．地铁车辆铝合金车体的设计【Ｊ】．城市轨道交通研究，２０００．ｆ２１：５３—５６．［１】晋军辉，罗彦云，孙永鹏．Ａ型地铁车辆铝合金轴箱体的万方数据变形铝合金在轨道车辆中的应用
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
熊建武， 周进， XIONG Jian-wu， ZHOU Jin
湖南铁道职业技术学院,机电工程系,湖南,株洲,412001企业技术开发（学术版）
TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE2007，26(11)0次
1.晋军辉.罗彦云.孙永鹏 A型地铁车辆铝合金轴箱体的研制[期刊论文]-电力机车与城轨车辆 2006(4)2.雷成.肖守讷 地铁铝合金车体的结构设计和强度分析[期刊论文]-机车电传动 2006(1)3.朱剑月.沈培德 B2型地铁车辆铝合金车体模态分析[期刊论文]-城市轨道交通研究 2005(1)4.中国有色金属学会 车用型材关键技术通过验收 2005(3)
5.朱剑月.沈培德 地铁B2型铝合金车体结构设计与静强度分析[期刊论文]-铁道机车车辆 2005(1)6.肖彦君.杨润栋 地铁车辆车体材料的选型分析[期刊论文]-现代城市轨道交通 2005(1)
7.程祖国.李莉.朱剑月.沈培德 地铁鼓形铝合金车体承载结构设计要点及限界校核[期刊论文]-电力机车与城轨车辆 2003(4)
8.汪明朴.王志伟.王正安.李周.尹志民.彭志辉.刘静安.孙熙南.朱鸣峰.杨纯梅.黄平.唐剑 地铁列车用7005铝合金力学性能及微观结构分析[期刊论文]-中国有色金属学报 2001(6)
9.周建乐.王军 地铁车辆铝合金车体的设计[期刊论文]-城市轨道交通研究 2000(2)
1.期刊论文 周军年.胡文浩.王秀义.刘春宁.卢峰华.刘志平 轨道车辆用6005A铝合金型材焊接裂纹研究 -焊接技术2008,37(6)
利用Cloos双丝焊接机器人对6005A铝合金型材进行了脉冲MIG焊接试验.针对焊后普遍出现的热影响区裂纹问题,从材料组织状态、焊接热输入、型材结构和传热、机加工等方面进行了综合分析.对于T6状态6005A铝合金,焊接过程中产生的较大的熬输入是导致裂纹产生的根本原因.由于焊后过早切割取样,使得分布在晶界上的Al-Mg2Si低熔点共晶相受到工具的强烈震动而发生脆断,这是导致裂纹产生的直接原因,而焊后型材较快的传热速率产生的较大的热应力和焊接应力是导致裂纹产生的诱发因素.
2.学位论文 孟立春 城市轨道车辆铝合金车体轻量化设计研究 2004
车体承载结构的轻量化是轨道车辆设计中一个重要的研究课题.该文在总结多年来国内外在轨道车辆轻量化研究经验的基础上,以北京地铁八通线车辆为依托,对该铝合金车体轻量化进行了较全面的研究.首先,通过有限元计算对车体使用的中空挤压铝合金型材的断面形式进行了多方案比较优选,获得了优化的断面.然后,从轻量化的角度对车体承载结构进行了方案设计,并运用有限元技术,建立整车分析模型,进行了多工况强度分析计算,同时计算了车体整备重量下弹性体振动的低阶模态及相应的自振频率.分析结果表明,该车的轻量化设计研究是有积极成果的,车体方案是可行的.因而也表明,该研究对城市轨道车辆铝合金车体的设计、制造具有一定的参考意义.
3.会议论文 刘岩 关于城市轨道车辆轻量化材料的研究 1996
发展城市轨道车辆是解决大城市公共交通拥挤现状的主要措施之一已被人们所共识，但是城市轨道车辆采用何种材料作为主要结构用材却是人们争论的焦点之一。该文通过对国外情况的分析，结合中国实际，提出了适合中国国情的城市轨道车辆结构材料，并对其相关问题进行了研究。
4.期刊论文 牛得田 铝合金车体在轨道车辆上的应用及展望 -机车车辆工艺2003(3)
介绍了铝合金车体的发展过程、趋势及采用铝合金材料的优越性和必要性,并对铁路客车和城市轨道车辆采用铝合金材料的可行性做了展望.
5.学位论文 刘岩 关于在城市轨道车辆车体上使用铝合金材料的研究 1989
6.期刊论文 王俊玖.Wang Junjiu 铝复合板材料的铝合金车体制造工艺分析 -城市轨道交通研究2008,11(5)
针对轨道车辆轻量化铝合金车体提出使用铝复合板的观点,并就该种材料的铝合金车体的制造工艺,从熔化极氩弧焊、激光焊和铆接等三种工艺方法进行详细分析,得出可行的制造工艺,并对不同批量的车体给出了可选用制造工艺的建议.
7.会议论文 王炎金 铝合金型材、板材、铸件在铝合金车辆上的应用分析 2007
本文论述了铝合金型材、板材、铸件在铝合金车辆制造业的应用情况和存在的问题，提出了要关键控制的技术指标和控制方法，指出了目前材料制造业和国外的差距和未来发展方向。
8.会议论文 沈刚.齐航 铝合金的焊接、缺陷产生及防止 2007
随着国内外轨道交通行业的发展,对轨道车辆也提出了越来越高的要求,轻量、高速已成为现代化轨道车辆的发展方向。在牵引、制动等相关技术最大化发展进步的同时,减轻车体自重也成为最直接的行之有效的方法。因此近些年来铝合金车体被越来越多地应用在国内外轨道客车的制造中,而焊接作为车体制造过程中最主要的工艺就面临着更高的要求,焊接质量是关乎轨道车辆的行车安全、外观质量以及整个内部装饰顺利实现等很多方面的重要因素,因此铝合金的焊接一直是本公司乃至整个铝合金车体制造行业中最为重视的内容。本文简要介绍了铝合金焊接材料，并就铝合金焊接常见焊接缺陷及防止方法进行浅谈。
9.期刊论文 栾国红.胡煌辉.柴鹏.LUAN Guo-hong.HU Huang-hui.CHAI Peng 搅拌摩擦焊——新型列车制造新技术 -电力机车与城轨车辆2006,29(4)
文章简要介绍了搅拌摩擦焊技术的原理、特点及应用,分析了当前铝合金列车焊接中存在的问题及其造成的影响,并对\"ALJOIN\\"GSP\"等国际上涉及到铝合金列车制造的重大项目做了介绍和总结.结合中国搅拌摩擦焊中心目前在轨道车辆制造中所具备的技术能力,分析了今后新型高速列车制造中连接技术的发展趋势.
10.期刊论文 国产首列铝合金城市轨道车辆下线 -铁道车辆2004,42(4)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_qyjskf200711006.aspx
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