轨道车辆用铝材手册 -中南大学出版社

轨道车辆用铝材手册

【作者】：王祝堂熊慧
【出版时间】：2013-11
【字数】：451（千字）
【定价】：￥78（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-5487-0806-3
【页码】：（页）
【开本】：16开

第1章铝及铝合金的基本性能（1）
1.1纯铝的基本性能（1）
 1.2铝合金的分类及合金元素与杂质在合金中的作用（4）
 1.2.1铝合金的分类（4）
 1.2.2铝合金的强化（5）
 1.3合金元素和主要杂质对性能的影响（7）
 1.3.1物理性能（7）
 1.3.2力学性能与工艺性能（10）
 1.3.3合金元素和微量元素在铝合金中的作用（13）
 1.4热处理不可强化变形铝合金（22）
 1.4.1Al-Mn系（3×××系）合金（22）
 1.4.2Al-Si系（4×××系）合金（24）
 1.4.3Al-Mg系（5×××系）合金（24）
 1.5热处理可强化变形铝合金（31）
 1.5.12×××系（硬铝）合金（31）
 1.5.26×××系合金（40）
 1.5.37×××系合金（超硬铝）（46）
 1.6铸造铝合金（51）
 1.6.1Al-Si系铸造铝合金（51）
 1.6.2Al-Cu系铸造铝合金（54）
 1.6.3Al-Mg系铸造铝合金（60）
 1.6.4Al-Zn系铸造铝合金（61）
 1.7变形铝及铝合金的热处理（61）
 1.7.1固溶热处理（62）
 1.7.2时效处理（70）
 1.8铝材状态代号说明（85）
 1.8.1ISO状态代号（ISO 2107）（86）
 1.8.2中国统一状态代号（GB/T 16475—1996）（88）
 1.8.3基本状态（88）
 第2章中国轨道铁路建设与对铝材需求（89）
 2.1中国高速铁路建设与铝合金车体制造（90）
 2.1.1世界高速铁路发展概况（90）
 2.1.2中国高速铁路建设现状与前景（91）
 2.2城市轨道交通列车（100）
2.2.1世界地铁一览（100）
 2.2.2中国城市轨道交通（102）
 2.2.3铝合金车辆（108）
 2.3磁悬浮铁路（108）
 2.3.1高速磁悬浮列车（108）
 2.3.2中低速磁悬浮列车（109）
 2.3.3中国具有完全自主知识产权的永磁悬浮列车（110）
 2.4中国可制造铝合金轨道车辆的企业（111）
 2.4.1首列300 km/h动车组在四方机车车辆公司下线（111）
 2.4.2集成当今尖端铁路轮轨技术的CRH3型动车组从唐车公司驶 向世界（113）
 2.4.3长春客车公司造出全球最快列车（115）
 2.5轨道交通车辆车体材料（116）
 2.6将走向世界市场的中国高速铁路（118）
 2.6.1中国高铁技术世界领先（118）
 2.6.2中国高速铁路在世界市场上颇具竞争力（118）
 2.7中国轨道机车车辆用铝量（119）
 2.7.12020年中国城市轨道交通规模翻3番多（119）
 2.7.2客运铁路交通装备对铝的需求（120）
 2.8铝合金货运敞车（121）
 2.8.1国外矿产品铝合金敞车的发展（122）
 2.8.2中国铁路运煤铝合金车辆的发展（123）
 2.8.3铝合金运煤车的优点及对铝材需求（125）
 2.9轨道车辆及城市、高铁线路建设对铝材的需求（126）
 第3章铝合金轨道车辆结构及合金性能（129）
 3.1轨道车辆的能耗与CO2排放量（129）
 3.1.1高速铁路的节能减排（129）
 3.1.2城市轨道交通的节能减排（130）
 3.2轨道铝合金车辆车体结构（130）
 3.3铝合金车体的优越性（131）
 3.3.1自身质量（132）
 3.3.2其他物理化学性能（133）
 3.3.3铝合金车辆的简明经济分析（133）
 3.3.4铝合金车体制造关键技术（134）
 3.3.5车体结构与所用材料（137）
 3.4轨道车辆铝合金（154）
 3.4.1变形铝合金（156）
 3.4.2铸造铝合金（170）
 3.5大挤压型材生产（172）
 3.5.1车体挤压铝型材（172）
 3.5.2车辆型材生产工艺流程（179）
 3.6车辆铝合金的发展趋势（184）
 3.6.1运营速度200～350 km/h的列车车辆车体铝合金（184）
 3.6.2速度350～450 km/h的列车车辆车体铝合金（185）
 第4章轨道车辆铝材的性能及尺寸（189）
 4.15×××系合金（189）
 4.1.1合金的组织及各元素的作用（189）
 4.1.2板带材的力学性能及尺寸偏差（192）
 4.1.3轨道车辆挤压材的力学性能及尺寸偏差（213）
 4.26×××系合金（231）
 4.2.1合金的组织及各元素的作用（232）
 4.2.2轨道车辆板带材的力学性能及尺寸偏差（242）
 4.2.3轨道车辆挤压材的力学性能及尺寸偏差（247）
 4.37×××系合金（251）
 4.3.17×××系合金的相及时效（251）
 4.3.2工业用Al-Zn-Mg系合金（256）
 4.3.3轨道车辆典型合金挤压材的力学性能（257）
 4.4铁路结构铝合金锻件（260）
 4.4.1锻坯及锻件的力学性能（260）
 4.4.2挤压及轧制锻坯的尺寸及形位偏差（262）
 4.5材料选择（272）
 第5章轨道车辆大挤压型材的生产（276）
 5.1概要（276）
 5.1.1挤压工艺分类（276）
 5.1.2挤压法的优、缺点（279）
 5.1.3挤压生产的发展与现状（280）
 5.2铝材挤压的主要方法（282）
 5.2.1正向挤压法（282）
 5.2.2反向挤压法（282）
 5.2.3Conform连续挤压法（283）
 5.3金属挤压时的应变状态和挤压力计算（285）
 5.3.1挤压时金属的应变状态（285）
 5.3.2正向挤压时金属的变形过程和特点（285）
 5.3.3反向挤压时金属的变形过程和特点（289）
 5.3.4挤压力计算公式（289）
 5.4挤压制品的组织与性能（290）
 5.4.1挤压制品组织与性能的一般特点（290）
 5.4.2挤压效应（291）
 5.5挤压型材品种与规格（295）
 5.5.1铝合金型材品种（296）
 5.6车辆型材生产工艺（308）
 5.6.1生产工艺流程（308）
 5.6.2车体大型材生产技术（309）
 5.6.3主要生产工序（313）
 5.6.4轨道车辆大型材缺陷的产生原因及避免措施（339）
 第6章世界轨道车辆大挤压铝材生产企业概况（350）
 6.1中国大挤压机的建设及典型轨道车辆挤压材生产企业（350）
 6.1.1大型铝材挤压机的建设（350）
 6.1.2在产的轨道车辆挤压材生产企业（353）
 6.1.3在建的主要轨道车辆挤压材生产企业（372）
 6.2国外典型轨道车辆挤压材生产企业（373）
 6.2.1日本轻金属挤压开发公司（KOK）（375）
 6.2.2德国波恩铝业有限公司（375）
 6.2.3美国通用合金公司的双动正-反145 MN挤压机（378）
 6.2.4意大利梅特拉公司的54 MN挤压机（380）
 参考文献（382）
 

铝早在20世纪50年代就已成为人类使用的第二大金属。2010年全世界原铝产量约42150 kt；中国的产量约18 120 kt（笔者统计，国家统计局的数据为16194.5 kt）；中国再生铝的产量约5600 kt（笔者统计），铝的表观总消费量约23720 kt，中国铝材产量约17 900 kt（笔者统计，国家统计局的数据为20260.5 kt）。压铸件及铸件的产量5580 kt。

就全球来说， 2010年交通运输业的用铝量约占铝消费总量的31.86%，为铝的第一大用户。中国铝的第一大用户为建筑及结构产业，其次才是交通运输装备产业，约6 000 kt，占铝消费量的25.3%。从2009年起，中国成为汽车第一大国，是年汽车总产量1 620万辆， 2010年为1 826.47万辆，这种独占鳌头的局面将会继续下去，但小轿车的用铝量约125 kg/辆，比美国、德国、日本的148.6 kg/辆低16%；中国箱式货车车厢体的铝化率还不到2%，比北美洲的93%低91个百分点。铝是当前唯一最可取的替代铸铁、钢以降低汽车自身质量的金属，有着特别重要的节能减排意义，当然镁也是一种节能减排的金属。小轿车在城市公路上行驶时， 84.5%的油耗消耗于自身重量。

铝在提取过程中的确要消耗大量的能源， 2010年中国氧化铝综合能耗达到632.4 kg标煤/t，比2005年的降低了365.83 kg标煤/t；电解铝直流电耗全国平均值13 084 kWh/t-Al；综合交流电耗13 979 kWh/t-Al，比2005年的降低了440 kWh/t-Al和595 kWh/t-Al。2010年由于每辆车使用了125 kg铝，使车的自重下降了约55 kg，根据匡算，轿车在服务0.55服役年限（相当于跑200 000 km）后所节约的能源就相当于提取铝所消耗的总能源，或者可以说以后所节约的能源就是净节约的。节约能源就意味着相应地减少温室气体排放。

2006—2020年是中国轨道客运线路（地铁、轻轨、城际列车、磁悬浮、中低速磁悬浮、高速铁路）与铝合金机车车辆制造及运煤车辆制造的黄金时期。铝合金是制造这类车辆车体的最佳材料。2020年中国高铁的通车里程可达1.8×104 km，城市轨道列车的通车里程可超过6 000 km，可通地铁的城市将达35个以上。中国通过铝合金机车车辆技术的引进、消化、吸收与创造，已拥有高铁与各种轨道铝合金机车车辆设计与制造的完全自主知识产权。中国高铁是世界上通车里程最长的（2012年年底通车里程9 300 km）、技术最先进的，也是安全与舒适的。根据国际铁路联盟的定义，高速铁路车辆是指在既有路线运营速度大于200 km/h，在新建线路超过250 km/h的车辆。这些车辆的车体必须是全铝合金的，内部的装潢或门窗等也必须用铝合金或其他合适的材料制造。在估算轨道车辆铝材用量时，可按下列数据匡算采购质量：高铁与磁悬浮车辆11 t/辆，城市轨道车辆4.5 t/辆，货运车辆与液体运输车辆（如C80等）8.0 t/辆。

在轨道车辆制造中除大量用挤压铝材制造车体、车辆内部设施、门窗等外，还用一些板材、锻件、箔材、管材与铸件等，如连接座、支撑梁、轴梁、主横梁、减速箱等。但客运车辆以挤压铝材为主，占85%左右，而货运车辆则以厚7～9.5 mm的板材为主，约占60%，其他的为加固用挤压型材。

挤压轨道车辆大型材有100 MN级的现代化挤压机就足矣，不需要挤压力大于125 MN的挤压机，甚至不需要挤压力大于110 MN的。到2012年为止，中国有24个企业有大挤压机（挤压力≥45 MN）62台，其中90～125 MN的17台，占大挤压机总数的27.42%，日本只有1台97 MN的，欧洲也仅有3台。中国这62台大挤压机的总挤压力约5 000 MN，大型材生产能力在500 kt/a以上。现在还有十几个企业在建大挤压机项目，到2015年至少还有28台大挤压机投产，到那时全国保有的大挤压机可超过80台，占全球总数的60%强，其中有150 MN级的2台， 225 MN的有2台，大型材总生产能力超过700 kt/a，而到2020年为止的这段时间内，全国轨道车辆制造平均所需大型材只不过15 kt/a。

轨道车辆建设是周期性的，到2020年为止这段时间为建设高峰期，过了这段时间对铝合金车辆的需求会显著减少，铝合金车辆的使用期限长达30年。在城市轨道车辆中除磁悬浮车辆必须用铝合金制造外，其他车辆还可以用不锈钢与低合金化高强度钢制造，铝合金车辆约占1/3。

从2011年8月起，全国铁路开始实施新的列车运行图，不但调整了列车开行方案，而且适当降低了新建高铁运营初期速度，普遍减速50 km/h，仅有部分高铁仍保持300 km/h的速度，同时新建高铁的进程也会适当放缓，对铝合金车辆的需求也不会像过去想的那么旺盛与迫切，但对铝合金车辆的总需求不会改变，不过需求时间会拖长一些。

全面系统编写轨道车辆用铝及大挤压材料生产工艺书籍在全国尚属首次，书中不可避免地会存在一些不妥与不足之处，恳请读者斧正。在本书编写过程中，参阅了国内外诸多文献资料，得到许多专家与北京安泰科信息开发有限公司各级领导的鼎力支持与帮助，参加本书编写的还有王伟东、朱妍、史欣、袁嫄、姚希之、尤振平、郭秋影、霍云波、曾峥、沈兰等，在此表示衷心的感谢。

编者

2013年6月