本文摘要：摘要：介绍了阻燃性镁合金的研制、铁道车辆零件的试制、空心挤压型材的焊接及模型车体的组装等基础技术的开发与成果，阐述了有待解决的课题。 关键词：铁道车辆,阻燃性镁合金,日本 1概述 铁路部门为了使列车更快捷、舒适地到达目的地，很早以前就已进行了轻
摘要：介绍了阻燃性镁合金的研制、铁道车辆零件的试制、空心挤压型材的焊接及模型车体的组装等基础技术的开发与成果，阐述了有待解决的课题。
关键词：铁道车辆,阻燃性镁合金,日本
1概述
铁路部门为了使列车更快捷、舒适地到达目的地，很早以前就已进行了轻量化、安全化的铁道车辆的开发工作。具体到车体材料而言，铁路开业初期，车体是用木材制作的。为了提高车体强度，演变为用钢铁制造车体。此后，为实现车辆的轻量化，进行了各种各样的开发。目前，钢制车辆虽仍在使用，但是，更轻量化的不锈钢制车辆以及铝合金制车辆成为主流车型。为了在车辆的高速化与节能化中发挥作用，进一步实现车辆轻量化的目标，研究了将阻燃性镁合金应用于车辆车体结构的可行性。
2高速化课题与轻量化
2.1实现车辆进一步高速化的课题
如果能够进一步实现铁道车辆高速化，则可以压缩旅客到达目的地的时间，提高乘客的便利性。车辆高速化首先面临的课题是以沿线噪声为首的环境问题。与噪声相关的环境标准是由日本国家的法律、法规规定的，故有必要满足环境法规要求。此外，随着车辆的高速化，由于安装各种设备，车辆质量会增加，沿线地基振动及噪声之类的新问题也会显现出来。从车内环境的角度看，高速化有导致车内噪声及车体振动增大的可能性，为了提供舒适的车内环境，就要针对这些问题采取适当的对策。
而且，随着高速化导致的能量增加，二氧化碳(CO2)等排放量也会增加，会加大环境负担。因此，在车辆高速化方面，以下3个方面尤为重要：(1)环境对策(沿线噪声、地基振动、低频噪声等的降低);(2)降低CO2排放量(伴随车辆寿命周期的CO2排放量的降低，尤其是随着车辆运行而产生的CO2排放量的降低);(3)提高车内环境舒适性(降低车内噪声，提高乘坐舒适性)。对以上课题而言，车辆轻量化就是其中一条有效措施。
2.2车辆的轻量化
纵观以往铁道车辆，推进车辆轻量化的主要因素有以下4项：(1)车体结构材料的变更(钢铁→不锈钢或铝合金);(2)控制方式的变更(电阻控制→VVVF(变压变频)控制);(3)安装设备的小型化、紧凑化;(4)转向架结构的变更等。当考虑车辆的进一步高速化时，实现产生并传递与功率增加相对应的动力机械的轻量化是非常困难的，为了维持良好的舒适度而安装的系统会增加质量，所以，当前情况下，车辆的进一步轻量化是相当困难的。在上述背景下，为了从根本上实现轻量化，迫切要求应用具有以下特性的金属系新型材料。
(1)比现有车体最轻结构材料———铝合金更加轻量化的材料;(2)可再生利用性及良好的振动吸收特性;(3)属于资源丰富的金属材料，便于购买;(4)具有阻燃性，强度和疲劳强度与铝合金相同或超过铝合金，并可以焊接。镁合金具有上述材料特性。
对比铁、铝、镁的密度(每立方厘米体积的质量)，则铁为7.8g左右，铝为2.7g左右，镁仅为1.7g左右，镁堪称结构用金属材料中最轻的材料。此外，镁衰减能力(减振能力)是铝的2倍，振动吸收特性也优异。但镁是活性金属，在某些条件下，有可能引起燃烧，这是一大问题。针对这个问题，有报道称[1]，如果在镁合金中添加钙(Ca)，则显示出良好的阻燃性。假如能够开发出阻燃性镁合金，进而应用于车辆的车体结构，实现车辆轻量化，则能够确保车辆安全性、舒适性，并对车辆高速化做出贡献。而且，轻量化也关系到节能与降低CO2排放量。
3阻燃性镁合金的研究开发示例
3.1阻燃性镁合金的制作
通过在镁中添加钙及稀土类元素(例如钇(Y)、钪(Sc)等)，可以实现镁合金的阻燃性。由于稀土类元素价格高，基于成本考虑，宜在镁中添加钙。图2是利用煤气燃烧器，对阻燃性镁合金(Mg-6A1-Zn-Ca合金)，通用镁合金(Mg-6A1-Zn合金)以及铝合金(A1(6N01)合金)3种试样直接进行火焰加热，确认阻燃性效果的结果。环境温度达到将近600℃时，通用镁合金着火了，但阻燃性镁合金没有着火。
而且，如提升环境温度，无论铝合金，还是阻燃性镁合金，都不着火，但会熔化。根据这些试验情况，认为阻燃性镁合金与铝合金同样难以燃烧。此外，焊接阻燃性镁合金的板件，进而试制四面体结构的试件，试件中放置盛有煤油的油盘，进行燃烧试验。试件上虽然能看到煤烟及变形，但没有发生着火现象。虽说有若干变形，但基本上与原形相差无几。这样一来，通过添加钙，就确认了能够实现镁合金的阻燃性。通过调整化学成分，试制了多种阻燃性镁合金。
如比较阻燃性镁合金与通用镁合金，从板材状态方面看，两者状态相同，但用显微镜观察，则可以看到金属组织以及机械特性方面的差异。镁合金轧制板材的金属组织。通用镁合金整体上可看到颗粒状组织(晶粒)。相比之下，阻燃性镁合金在晶粒比通用镁合金晶粒要微细，而且，整体上分散有析出物。故通用镁合金与阻燃性镁合金在晶粒大小及析出物的有无方面存在差异。
上述金属组织对阻燃性镁合金的机械性能产生较大影响。通用镁合金的0.2%屈服强度(见附注)为180MPa，拉伸强度(见附注)为220MPa，延伸率(见附注)为12%，而阻燃性镁合金的0.2%屈服强度为220MPa，拉伸强度为240MPa，延伸率为5%，阻燃性镁合金的强度增加而延伸率显著降低。这是由于脆性析出物与晶粒微细化造成的，虽然变形阻力增加，但析出物本身成为破损源，故延伸率降低。
3.2试制铁道车辆结构件
铁道车辆结构件中，除使用轧制板材外，也使用其他截面形状的型材。这类型材主要采用挤压加工法制造。挤压法中，型材断面形状的垂向、横向的非对称性越大，且材料的变形阻力越高，则挤压加工的难度会越大。阻燃性镁合金制作的薄壁桁架式断面形状的型材挤压加工难度大，不过，通过在截面形状上精心考虑，试制了挤压型材(试样)。试样上看不出明显的挠曲，所有截面形状的型材都按照接近目标的尺寸试制而成。
3.3阻燃性镁合金的接合
为了将阻燃性镁合金应用于车体结构，考虑装配接合技术是很有必要的。在阻燃性镁合金接合方法方面，研究了金属接合常用的电弧焊接，以及将旋转工具向接合部推压，利用摩擦热接合的摩擦搅拌接合(FSW)工艺。在阻燃性镁合金的空心型材上进行接合的结果。即MIG(MetalInertGas：熔化电极惰性气体保护焊)接合的材料;利用摩擦搅拌接合的材料。
4结束语
本文研究了将阻燃性镁合金应用于车辆车体结构的可能性。根据该型合金的制作、加工方法、焊接方法等的基础性研究，通过截面的模型车体结构的试制，获得了阻燃性镁合金相关材料技术的知识。要达到实用化水平，尚需较长时间。今后一方面要与生产商一起扎扎实实地开展FSW接合的研究，表面处理的选定研究等，推进各项技术发展。另一方面，要不断积累应用实绩。
相关论文范文阅读：《铁道知识》以列车旅客、铁路系统工作人员为主要读者对象，以传递铁路最新信息、普及铁路科技知识、丰富旅途文化生活为办刊宗旨，强调科学性、知识性、通俗性和可读性。图文并茂、资料详实，一本《铁道知识》在手，铁路百科尽收眼底。
转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/jzlw/21508.html
