铝合金在轨道交通设备轻量化中的应用

铝合金具有低密度，高比强度和刚度，良好的导电性/导热性，减震性和阻尼性，电磁屏蔽和高能量吸收等一系列优良特性。因此，它被广泛应用于航空航天，轨道交通，造船工业，3C电子产品等领域。

铝合金在轨道交通设备轻量化中的应用

铝合金是最早用于轻型运输设备的金属结构材料。目前，各国高速列车车体已基本采用铝合金车架。此外，车身顶盖、变速箱箱等许多零部件也都采用铝制。

铝合金由于其重量轻、耐腐蚀、成型性好等特点，在各国的轨道交通设备产品中得到了广泛的应用，主要包括对轻量化需求的车身和零部件。

铝合金车身

大规模铝合金型材生产技术的发展使列车现代化和轻量化成为可能。对于轨道车辆，车身结构的重量约占整车重量的15%~30%。因此，车身的减轻对车辆的加速具有重要意义。在日本，研制出具有较好挤压性能、焊接性能和应力腐蚀性能的6n01合金（即6005合金）生产的复杂薄壁多孔空心型材，已成功替代7N01和7003型材，广泛应用于车身地板、侧板和车顶的结构。在欧美，铝镁-si6005a挤压型材具有良好的挤压性能和简化的生产工艺，主要用于铝合金车身，在保持强度的前提下有效解决了应力腐蚀问题。此外，6061、6063、6082和6085挤压型材也逐渐普及。在体板方面，5083变形铝合金应用最为广泛]。我国对铝合金车身的研究起步较晚。1989年，长春公交厂研制出国内首列铝合金车身地铁列车。车身采用板梁结构，工艺复杂，成本高，尚未大规模推广。1996年，原铁道部组织开发ice2铝合金车身，制造出国内首个混合结构铝合金车身，推动了国内企业对汽车用铝合金型材的技术开发。2001年，CNR集团长春客车厂建成国内首条铝合金车身自动化生产线，开发制造了动车组（210km/h）、高速试验列车（270km/h）和国产地铁车辆的铝合金车身。南车南京浦镇机车车辆厂、株洲电力机车厂和南车唐山机车车辆厂也相继建立了生产线，开始生产铝合金车体。2007年，由青岛四方机车车辆有限公司自主设计制造的300km/h动车组（见图1）铝合金车体成功下线。截至目前，我国铝合金车身的研发和制造技术已跻身世界先进水平，广泛应用于动车组、地铁列车等轨道交通设备。

随着轨道交通设备的升级换代，其轻量化不仅限于车身，更多由传统钢材制成的零部件已被新型高强度铝合金所取代。目前，德国冰、日本新干线、法国TGV的齿轮箱、空气弹簧支架、轴箱体、电机端盖等部件一般采用高强度铝合金制造。中国"蓝箭"和"中国之星"高速列车在"九五"期间研制，也大量使用铝合金材料制成的航空列车

核心地板、侧挡板、电机端盖、电机风扇、变速箱等随着轨道交通装备向高速、重载方向的不断发展，对牵引电机、轮组、传动板、轴箱体、牵引杆等轻量化转向架部件有着迫切的需求。铸铝合金和锻造铝合金在这些部件中的应用越来越广泛，锻造铝合金在强度、伸长率和冲击韧性方面具有更多的优势。用于铝合金锻件的材料主要是2A14，6082和7050，2A14铝合金

热处理后锻件强度适中，适用于大载荷零件;6082铝合金锻件具有良好的焊接性能，适用于需要与其他零件焊接的零件[13];7050铝合金锻件具有优良的综合机械性能和抗应力腐蚀性能，适用于动载荷零件。中铝是国内企业研发制造的7050高强度锻造铝合金轴箱，已分批装载并应用于出口马其顿动车组、捷克动车组等项目。成品单片铝合金轴箱体约45公斤，仅相当于单片铸钢车轴箱体的1/3。通过为每个轮组安装两个轴箱体计算，单个轮组可以减少170公斤，并且减轻重量效果相当可观。

中国铝型材是国内企业生产的电机回转杆和车轴箱拉杆模锻件的物理拉丝。产品材质为2A14。本品牌铝合金锻造性能好，热处理后性能适中，加工变形小。同系列产品各工序的工艺比较成熟，现在已经稳定地批量生产和供应。

此外，7050高强度铝合金还用于生产轮组空心轴驱动装置的关键部分-传动板。传统的传动板结构是质量为100公斤的大型钢锻件。使用铝合金材料后，质量仅为35公斤左右。作为转向架簧外质量的重要组成部分，其减轻重量对提高整车的动态性能起着明显的作用。

综上所述，根据铝合金在铁路行业的应用分析，现阶段轨道交通设备的轻量化设计

使用的金属结构材料主要是铝合金，辅以镁合金。铝合金在轨道交通行业的相关技术已经比较成熟。下一个研究重点是开发新型高强度铝合金，降低铝合金的批量生产成本，扩大铝合金的应用范围。