摘要：近年来我国轨道交通装备行业发展迅速，轨道客车速度快、能耗低、舒适性设计、环境友好、以人为本的设计特点，具有其他交通方式无法比拟的优势。因此，探讨铝合金、镁合金等轻金属材料在轨道交通装备领域的应用，对铁路装备升级换代具有重要的意义。 关键词：镁合金；轨道交通装备；应用
镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，比强度和比刚度高，阻尼减震性能好，并具有良好的成形性能，在高端装备制造领域应用前景广阔。该介绍了镁合金在轨道交通装备中的应用现状，通过多个应用案例，重点阐述了铸造镁合金的应用情况，并针对轨道交通装备关键零部件实现，最后对铸造镁合金在轨道交通装备领域的应用。
一、镁合金的特点
镁在元素周期表中排在第十二位，属于第二主族碱土金属。目前工程应用中密度最小、比强度最高的结构金属材料。镁合金在材料减重方面的优势使得它在交通运输领域备受关注。镁合金主要具有以下优点：
1、高比强度、比刚度和比弹性模量。镁合金的比强度高于铝合金，远高于钢；比弹性模量和比刚度近似于高强度铝合金。
2、优秀的阻尼和减振性能。与铝合金相比，镁合金拥有更优秀的衰减振动和降低噪声的能力。镁合金还具有良好的承受冲击载荷性能，弹性范围内镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量可以比铝合金件多5O%，而且由于有更好的延伸率，镁合金受到冲击后可以吸收更多的能量而不至于断裂。所以镁合金是非常好的减振降噪材料。
3、优良的机械加工性能和铸造性能。镁合金在金属中属于非常易于加工的材料，切削阻力小可以满足高速切削加工，并且加工完成后表面十分光洁，基本不需要磨削和抛光。镁合金液流动性好，可以铸造出壁厚很薄、形状复杂的零件，而且不容易粘模具，清理模具的费用较低。镁合金压铸件尺寸精度比铝合金压铸件精度高50%，同时压铸周期短，生产效率比铝合金高25%，镁合金加工耗能比铝合金低5O%。
4、良好的导热、电磁屏蔽性能。镁合金的散热性能不但比塑料高的多，比铝合金也要好。由于镁合金压铸件可以比铝合金压铸件的壁厚做的更薄，所以散热比铝合金件更快，同时形状也可以做得更复杂。镁合金具有很好的屏蔽电磁干扰的性能，适合制作对电磁干扰标
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5、镁合金材料可以循环使用，保护环境。镁合金比热较小，与比其它金属相比熔点较低，在循环利用熔解时所消耗的能源非常低，还不到新材料制造所消耗的能源的5%。
二、镁合金在轨道交通装备的应用现状
北京青年工社
镁合金作为应用于轨道交通装备上最轻的金属结构材料，在轻量化方面的应用潜力巨大。现阶段，轨道交通装备用变形镁合金AZ31、AZ80 的力学性能已超过常用铝合金6005A 和5083。国外轨道客车上已经有许多镁合金应用的报道[1]：法国在TGVDuplex 双层高速列车的座椅上采用镁合金，实现了减重、节能和功能化的结合，镁合金座椅总量超过45 000 个，座椅小桌面板、座椅扶手、脚踏板、座椅侧面面板等相关零部件也大量使用镁合金。与铝合金制品相比，镁合金双人座椅总质量由36 kg减为30 kg，随着镁合金件生产成本的下降，减重有效降低了列车的运行成本。 镁合金轻量化应用优势如此巨大，国内某些科研机构和主机厂也对其在轨道交通领域的应用进行了探索，如用AZ91D 镁合金替代PA 塑料制作动车组小桌支臂，有效减轻了列车重
长春李大夫量。初始PA 塑料制造的动车小桌支臂强度较低，受载后容易断裂失效，用镁合金代替后，不仅强度满足使用需求，而且明显提升其承载能力、断裂伸长率和冲击韧性等性能。每个AZ91D 镁合金支臂比原PA 实心塑料支臂减重约35%，完全满足动车组的轻量化设计需求。和谐号CRH5 动车组已经完全采用镁合金行李架，相关研究数据表明，运用镁合金制造列车车体及内装部件，将大大降低运营成本。以高铁客运专线为例，若车身采用镁合金来制造，整车将减重13%，节能幅度约为8%。目前，京沪铁路运营量每天高达1000 多班次，若采用镁合金车体，每天仅直达列车即可节约用电126 万kWh、折合CO2 减排1 146 t。由此可见，镁合金材料对列车减重效果明显，对铁路提速和节能减排意义重大。
三、轨道交通装备中镁合金应用
现代高速列车必须满足安全性设计指标、节能环保设计指标和舒适性指标。镁合金能够很好的地吸收震动冲撞等能量，如用其制造高铁列车座椅，能够更多地吸收列车碰撞后的震动能量，进而降低乘客受到的伤害。镁合金密度低，在列车轻量化方面和其他材料相比优势非常明显。由于其良好的可加工性，能够做成任意复杂的形状，因而可以做出符合人体工学和美学设计的座椅。根据国内研究机构和主机厂对高速列车用镁合金型材组件的多项
研究和测试结果得出结论，镁合金在高速轨道列车的轻量化升级中具有巨大的应用潜力。使用AZ92D镁合金替代动车中用聚酰胺（PA）塑料制作的小桌板支架，小桌板的承重能力、断裂伸长率和冲击韧性等性能获得了显著提升。由于镁合金相对铝合金成本相当，列车运行时能耗得到降低，综合来说总体上降低了列车的运行成本。
我国轨道交通装备的镁合金应用也正在迅速推进。当前镁合金在国内主要应用在空调通风口格栅、车窗防护栏杆、座椅和地板、卧铺床架和支架、行李架边框、内部仪表盘框架等零部件。轨道交通装备上常用的镁合金型号包括A Z31B、A Z61A、A Z91D、Z K60、A M60B等。镁合金零部件的承重能力需求越来越大，已经开始制造主要承重部件。因此，未来镁合金开发的一大重要方向就是开发高强高韧、耐疲劳和减震铁道车辆零部件。在我国轨道客车有限公司也将镁合金应用到了其制造的国内首列实用型中低速磁悬浮列车上，其车内结构件和灯体都采用镁合金制造，以达到整体减重的目的。宝山钢铁股份有限公司研究院汽车用钢所利用其具有自主知识产权的B G Z8型镁合金，制备出了新型镁合金材料。该镁合金具有非常高的机械强度和韧性，他们同时对挤压模具进行了优化，使镁合金在模具中的挤压过程中能发生均匀而剧烈的形变，并诱导其产生在结晶过程。形成的再结晶组织具有非常细的晶粒尺寸，并且均匀分布于镁合金材料内，并存在较强的基面织构。李瑞海
应付账款管理在低温T5时效处理后，在晶界处由于挤压形成A l12M g17相钉扎，这种多尺度围观组织使镁抗拉强度、屈服强度及伸长率等关键机械强度指标都获得大幅增长，分别达到396M P ，289M P a和11.5%，在使零部件成功减重25%的同时，完全满足高铁座椅骨架的机械性能要求。在该批次11架列车上成功列装。该公司还交付了2批次约万延长米的镁合金材料挤压型材，预计将列装于25架地铁列车上。公司成功打通了材料设计、挤压成型模拟、模具优化设计、挤压工艺参数优化、现场精细调控、型材矫形定尺等全技术流程，能够大批量商业供应大尺寸、薄壁、复杂截面镁合金精密挤压型材，在镁合金精密挤压技术上取得重要进展和重大突破。全球具有最高运行速度的高速列车，在安装镁合金型材后，实现了动车组车内件轻量化升级，完成节能减重的重要目标。研发第3代气动悬浮列车LOOP，采用阻燃性镁合金做车身材料。车身采用环形翼设计，在三维面上形成一个向后倾斜的框。该设计相比之前一、二代车体，气流稳定性提高了很多。
综上所述，根据对铝合金及镁合金在铁道行业内的应用情况分析，现阶段轨道交通装备轻量化设计所用的金属结构材料，以铝合金为主，镁合金为辅，以镁代铝为前沿。铝合金在轨道交通行业的相关技术已比较成熟，下一步研究的重点在于开发新型高强度铝合金，降低铝合金批量化生产成本，扩大铝合金的应用范围。镁合金在轨道交通行业的相关技术有
待改进，下一步研究的重点在于开发新型高强度镁合金，提高镁合金塑性和成形性，推进以镁代铝产业化，实现轨道交通装备的绿制造。苏小沫儿
参考文献：
[1] 孙家乐. 面向轨道交通运输装备的镁合金与铝合金性能及应用[D]. 大连：大连交通大学，2019.
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