挤压性能与尺寸偏差合格的中空复杂断面车体大型材决非易事,这是必须闯过去的第二关。只要合金的成分符合内部标准,各项工艺参数严格控制在预定的最佳范围内,产品的各项性能可以达到期望的值,性能的稳定性也会不错,但是尺寸的偏差特别是侧弯值及其稳定性则着实难以控制。我国现在可以生产轨道车辆所需的各种大型薄壁中空铝型材,有挤压力160MN的挤压机,2016年又有2台225MN挤压机投产,并在建250MN挤压机。中国生产的车体大挤压铝材的各项性能与德国、日本产品在同一水平上,甚至还稍高一些,但在尺寸偏差方面还不如他们的,不但绝对值比他们的大,而且稳定性与他们的产品有较大的差距。
车体由底架、侧墙、车顶和地板组成,它们都是由一块块大挤压材焊接的,如果侧弯偏差大又不稳定则拼在一起时的焊缝宽度就不稳定,不但不利于焊接,而且焊缝质量也得不到保证。车体型材长度达25m、宽度达600mm或更大一些,要保持它们的偏差在纵向、横向都一致实在不易。各种尺寸偏差,如弯曲度偏差、平面间隙偏差、外形偏差、扭拧度偏差等都符合要求具有很大难度。
镁及镁合金易着火是众所周知,100多年来不少仁人志士费尽心机试图解决此问题,可是至今未获满意答案,这是镁的本性决定的,它的标准电极电位为-2.37V,比铝的-1.71V还低,是电负性很强的金属,抗蚀性很差,在室温下很容易被空气氧化,生成一层很薄的氧化膜,既多孔疏松又很脆,不能阻挡氧的大量入侵,继续氧化,镁的氧化随着温度升高而加剧,在液态下则由于剧烈氧化而烧烧,这种燃烧极为凶猛,因此镁及镁合金必须在熔剂覆盖下或保护气氛中或真空中熔炼与铸造。可是一但失火,镁的熔点低仅650℃(镁合金的熔点更低),立即熔化变为液体, 发生剧烈燃烧,成为不可控的。所以,全镁车辆一旦失火,只要温度达到600℃以上就会发生无法控制的灾难性燃烧。镁合金车辆制好后必须进行现场燃烧试验,以证明镁在失火条件下只会熔化,变成液体,不会燃烧。那时镁合金高速列车就会在地球上各大洲之间疾驶如飞,否则很难说全镁高速列车是安全的,是“不怕火”的。
据称美国联邦航空局有条例规定,民用客机禁止使用镁合金制造(笔者未见到原文)零部件,如果这种说法属实,在禁令未解除前,欲制造全镁轨道车辆恐怕只是一厢情愿,难以实现。
生产几辆镁合金高速列车实验车并不十分艰难,但为了更接近实际运营车辆,宜与中国中车(601766,股吧)集团加强联系与合作,取得它们的帮助,他们在设计制造铝合金轨道车辆方面具有高超的技术与丰富的经验。
生产宽度与外接圆直径≥600mm的轨道车辆大型中空薄壁型材需要1台125MN挤压机,而生产同等规格的铝型材有100MN挤压机就足矣,因为铝合金的可挤压性能比镁合金的好。还要75MN、45MN与25MN级的挤压机,以生产规格小一些的与中小型材,在车辆与机车制造中,除需要大型材外还需要中小型材,宜建专业的镁合金车辆型材厂。
车体制造中的链接宜采用摩擦搅拌焊(FSW),这是当前铝、镁合金材料最先进的焊接工艺,中国已完全掌握了设备制造技术与焊接技术。
制造镁合金轨道车辆除需要约6t/辆型材外,还需要一些板材与锻件,宜作好材料采购与供应渠道规划。对材料性能与规格必须严格把关,中国生产的轨道车辆铝材都是好样的,中国高铁自2008年运营以来发生了多起事故,可是没有一起是因为材料不合格引发的。
权高峰的中国镁列车梦想起航了,在万里航行中必然会遇到急流险滩、大风大浪,但我们深信,在当前这个万众创新、全民创业的大好环境中,定能更快实现他们的大梦想,到达胜利的彼岸的难度会比预想的小一些,但也不可低估,遥祝他们早日成功