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1鋁合金材料與鎂合金材料的力學(xué)性能對比

與鋁合金材料一樣，鎂合金材料也分為鑄造鎂合金材料與變形鎂合金材料2大類。當(dāng)前，能夠替代鑄造鋁合金材料的鑄造鎂合金材料主要有AE44、AZ91、AZ91D與AZ91RE等，鑄造鋁合金材料與鑄造鎂合金材料力學(xué)性能對比見表1。可以替代變形鋁合金材料的鎂合金材料主要包括AZ31、AZ31RE和AZ31B等，變形鋁合金材料與變形鎂合金材料力學(xué)性能對比見表2。從表1和表2可以看出，鑄造鎂合金材料與變形鎂合金材料在主要的力學(xué)性能指標(biāo)上與相應(yīng)的鋁合金材料十分相似，完全可以替代鋁合金材料；但二者之間還有一些差別，具體表現(xiàn)如下：1）由于鎂合金材料具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，因此其各向異性與鋁合金材料相比有著明顯的強(qiáng)烈性，這與鎂合金材料的制造工藝有著很大的關(guān)系；2）鎂合金材料具有較為活潑的化學(xué)性質(zhì)，如果不經(jīng)過處理，普通的鎂合金材料極易產(chǎn)生腐蝕和氧化燃燒，因此在防腐與阻燃方面需要經(jīng)過特殊的處理；3）鎂合金材料與鋁合金材料相比，前者在沖擊韌性方面略顯不足，大約低8．2％～10．3％；4）鎂合金材料的耐熱性較差，因此普通鎂合金材料的工作溫度應(yīng)＜160℃。

2鎂合金材料在鐵路車輛上的應(yīng)用狀況

我國雖然鎂資源儲量與鎂產(chǎn)量均居世界第一位，但鎂合金的深加工產(chǎn)業(yè)卻十分落后，在鎂產(chǎn)品應(yīng)用方面與發(fā)達(dá)國家相比有著明顯地差距，這種情況在軌道領(lǐng)域表現(xiàn)得十分突出。目前，我國主要利用鎂合金生產(chǎn)各種管材與壓鑄件，尚無法生產(chǎn)可以應(yīng)用于鐵道車輛上的型材與板材。要用一種新型工程材料來替代原有成熟的工程材料，并不需要二者之間有著相同的物理性能，用新材料制作出的零部件與原有零部件相比的使用性能基本相近即可。由于目前我國對于鎂合金材料性能的掌握嚴(yán)重不足，因此很多零部件的使用性能無法達(dá)到原有的水平，現(xiàn)階段在鐵道車輛的重要承載構(gòu)件方面鎂合金材料還不能替代鋁合金材料，只能在某些承載要求不高的零部件方面進(jìn)行替代，如衣帽鉤、車窗防護(hù)欄、空調(diào)通風(fēng)口（如圖1所示）等。以往，我國曾嘗試設(shè)計使用鎂合金蜂窩加層板、鎂合金面板（如圖2所示）與鎂合金臥鋪框架（如圖3所示），并積極嘗試使用鎂合金材料制作車下裙板和座椅支架等，但都沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，無法進(jìn)行推廣應(yīng)用。

3鎂合金材料應(yīng)用于鐵道車輛存在的問題

鎂合金材料應(yīng)用于鐵道車輛主要受到以下幾個方面的影響與制約：1）寬幅鎂合金或大斷面鎂合金型材的擠壓工藝尚不成熟，只能擠壓出尺寸較小的型材，無法滿足車下裙板等材料的使用要求；2）鎂合金材料具有燃點較低的特性，因此如何進(jìn)行防火阻燃制約了車體外部零部件的制造，也制約了零部件之間的組裝焊接；3）鎂合金材料的覆塑工藝技術(shù)、表面噴漆技術(shù)與耐腐蝕技術(shù)尚不成熟，無法滿足當(dāng)前車輛的噴涂要求與防腐要求；4）難以進(jìn)行鎂合金材料的高純度冶煉，無法軋制出厚度＜2mm的薄板，也無法軋制出符合要求的蜂窩芯鎂箔與全鎂合金的蜂窩夾層板；5）難以進(jìn)行當(dāng)前鎂合金材料擠壓型材的二次加工，例如煨彎和折角等，因此難以適用于車窗窗框與其他框架零部件；6）鎂合金材料的焊接性能較差，國內(nèi)的焊接工藝又十分落后，難以進(jìn)行組裝焊接。

4鎂合金材料在鐵道車輛上的應(yīng)用范圍

從當(dāng)前鎂合金發(fā)展水平來看，在承載構(gòu)件方面，尚無法使用鎂合金材料替代鋁合金材料與鋼材料，需要對鎂合金材料進(jìn)行持續(xù)的試驗。當(dāng)前鎂合金材料可以制造承載要求較低的零部件，主要包括以下幾個方面：1）使用鎂合金擠壓型材來替代工程塑料，進(jìn)行安裝梁、地板支座與車內(nèi)墻板的制造；2）使用鎂合金擠壓型材替代鋁合金材料，進(jìn)行座椅安裝座、單元式的車窗窗框、車體裙板與貫通式的電熱器罩的制造；3）使用鎂合金壓鑄型材替代鋁合金材料，進(jìn)行車窗的防護(hù)欄、臥鋪框架、座椅支架、行李架與其他箱體的制造；4）使用鎂合金蜂窩加層板型材替代鋁合金材料，進(jìn)行車內(nèi)平頂板、裙板與間壁的制造。只有經(jīng)過一段時間的應(yīng)用探索和實際考核運用，掌握了鎂合金材料的性能以后，并加大對鎂合金產(chǎn)品的壓鑄、涂裝、擠壓、軋制與涂裝等工藝技術(shù)的突破，才能實現(xiàn)將鎂合金材料應(yīng)用于鐵道車輛承載部件的制造。

5結(jié)語

要用任何一種新型材料取代原有材料，都應(yīng)解決二者之間不同所帶來的問題，鎂合金材料也不例外；因此，只要解決鎂合金材料存在的問題并找到解決方法，就可以獲得對其的推廣應(yīng)用。從目前鎂合金材料的發(fā)展?fàn)顩r來看，想要鎂合金在鐵道車輛上得到廣泛應(yīng)用，還需要一段時間。只有制造出合理的工藝結(jié)構(gòu)，達(dá)到預(yù)定的車輛剛度與強(qiáng)度，才能實現(xiàn)鎂合金材料的發(fā)展與應(yīng)用。

作者：王秋鵬單位：西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院