一、新干线列车的轻量化需求

新干线自开通以来不断发展，线路网络逐渐扩大。为在与航空运输的竞争中占据优势，需要进一步提高运营速度、缩短到达时间，而这与车辆的轻量化密切相关。此外，由于新干线沿线存在住宅，振动和噪音问题限制了行驶速度，因此期望采用比铝合金更轻且能确保环境性能的材料。

二、镁合金在车辆轻量化中的应用

在车辆轻量化的方法中，更换为轻质材料是最具效果的途径之一。与铝合金相比，CFRP 和镁合金（AZ31 合金）更轻。CFRP 虽已在部分新干线车辆中部分应用，但存在强度方向依赖性强、成型时间长、制造成本高等问题。镁合金强度与现行新干线车辆使用的 6N01 合金相近，且因与铝合金同为金属材料，有望利用铝合金制造生产线，降低制造成本。然而，镁合金的纵向弹性模量约为铝合金的 60% ，直接替换会导致刚性下降，还存在强度、加工性、耐腐蚀性、焊接性等方面的问题，在应用前需要对这些问题进行研究解决。

三、镁合金相关技术研究

- 不燃化与强度特性

通过添加钙元素，开发出 Mg - Al - Mn - Ca 合金（AMX 材），提高了镁合金的发火温度，使其不易燃烧。为进一步提高强度和延展性，又试制开发了 Mg - Al - Zn - Ca 合金（AZX 合金），其抗拉强度高于 6N01 合金且具有更高的伸长率，目前正在对其在车辆上应用的难燃性和耐久性进行确认。

- 刚性确保的探讨

为确保使用轻质合金车辆的刚性，可以增加素材板厚或应用中空型材。对于镁合金，要获得与铝合金同等的刚性，需要对中空型材的形状进行设计，并掌握加工技术，后续计划试制镁合金型材并评估其机械性能。

- 加工性的评估

镁合金因晶体结构原因变形困难，添加钙元素提高不燃性时，会进一步增加加工难度。通过不同温度和变形速度下的拉伸试验可知，提高温度和降低变形速度可降低变形抗力，改善加工性。以 AZX 合金为例，加热到 623K 进行轧制可加工成 1mm 薄板，但存在端部开裂问题，目前正在探索无缺陷的加工条件，并同步进行挤压加工试制中空型材和板材的研究。

- 焊接技术的探讨

焊接技术是铁道车辆车体结构组装的关键，镁合金在焊接方法、焊接条件、焊接棒开发等方面存在诸多课题。试制 AMX602 合金和 AZX912 合金的焊接棒，并对 AMX602 合金和 AZX911 合金进行 TIG 焊接试验，发现 AZX911 合金的凝固组织更细密，目前正在从材料和强度方面对焊接方法、条件和焊接棒进行优化研究。

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