交通用鋁系列之十四:軌道車輛鋁材的性能及尺寸（2）摘要：鋁材在軌道車輛制造中獲得了廣泛的應用，高速鐵路（簡稱高鐵）與磁懸浮列車的車輛車體全是用鋁合金制造的，城軌車輛及地鐵車輛也有約40%為鋁合金生產的，專用運煤及其他礦產品車輛也可用鋁合金制造。制造鋁合金軌道車輛的鋁材主要有板、帶、箔、型、管、棒材與鍛件等。板材合金為5754、5083、5052等，型材是用6063、6N01、6082、6061、7003、7N01等，生產鍛件的合金有6061、6110A、5083合金等?？窃诒究?期的“交通用鋁系列之十四:軌道車輛鋁材的性能及尺寸（1）”對5×××系合金的力學性能進行了詳細介紹，本文重點介紹6×××系和7×××系合金。關鍵詞：軌道車輛；鋁合金；力學性能；車輛車體；尺寸偏差26×××系合金[1-4]6063、6082及日本的A6N01合金等，它們的化學成分見表64。軌道車輛用的6×××系合金主要有6061、表64在美國鋁業協會注冊的軌道車輛鋁合金的化學成分（質量%）其他合金SiFeCuMnMgCrZnTiPbZrAl每個0.050.050.050.050.050.050.050.030.050.050.050.05總計60616061A626160636063A64636463A67636963608261826082A0.40-0.80.40-0.80.40-0.70.20-0.60.30-0.60.20-0.60.20-0.60.20-0.60.40-0.60.7-1.30.9-1.30.7-1.30.70.70.15-0.400.15-0.400.15-0.400.100.150.150.8-1.20.8-1.20.7-1.00.45-0.90.6-0.90.45-0.90.30-0.90.45-0.90.35-0.70.6-1.20.7-1.20.6-1.20.04-0.350.04-0.350.100.100.05-0.250.250.200.100.150.050.050.030.100.200.200.200.150.150.100.100.10--0.003----------0.150.150.150.150.150.150.150.100.150.150.150.15其余其余其余其余其余其余其余其余其余其余其余其余0.400.350.15-0.350.150.150.080.250.500.500.500.20-0.350.10-0.100.15-0.200.05-0.250.05---0.04-0.160.15-0.250.100.03---0.050.100.250.250.250.100.100.100.10-0.40-1.00.50-1.00.40-1.00.100.05-0.200.100.0032.1合金的組織及各元素的作用2010年底注冊的常用合金）共有92個，全世界98%以上的建筑及結構型材與管材都是用此系合金擠壓的，也是產量最大的一系鋁合金，在2010年全6×××系合金屬鋁-鎂-硅系，有些合金還有銅、錳、鐵、鋅、鉛、鉍、錫等，全系合金（截止球生產的約41000kt鋁材中，此系合金占12600kt。僅以鎂、硅二元素為主要合金元素的鋁-鎂-硅合金有6101等25個，占全系合金總數的29%。A6N01Al-Mg-Si相圖比較簡單，Mg2Si與鋁相（α）平衡，有一條Al-Mg2Si偽二元線，在Mg:Si為1.73時。鋁端的二元及三元反應見表65。當鎂與硅溶合金的成分：0.40-0.9Si，0.35Fe，0.35Cu，0.50Mn，于鋁中時，它們有偏聚傾向，形成Mg2Si。當Mg2Si值超過1.73時，剩余的Si輕微地降低Mg2Si在鋁0.01Ti，其他雜質單個0.05，總計0.15，其余Al。中的溶解度，但是過剩鎂嚴重地降低Mg2Si在鋁中（Mn+Cr）0.50，0.40-0.8Mg，0.30Cr，0.25Zn，2.1.1Al-Mg-Si系合金的溶解度（表66）。表65鋁-鎂-硅相圖鋁端的反應成分/質量%反應液體Al溫度/KMg-SiMgSiA液體→Al+Si12.5--1.65-850723868828722B液體→Al+Mg5Al834.08.154.9632.217.41.170.8515.3C液體→Al+Mg2Si(偽二元)D液體→Al+Mg2Si+SiE液體→Al+Mg2Si+Mg5Al87.7512.950.370.681.100.05Mg2Si化合物（63.2%Mg、36.8%Si）的結構為第一類是應用很廣的6063型合金，現在已經立方晶格，空間群Fm3m，單位晶胞中有12個原子，發展到6963，但常用的只有6個：6063、6063A、晶格常數a=6.35×10很窄，熔點1360K，維氏硬度4500N/mm，熱導率0.234W/(M·K)。-10m～6.40×10-10m，存在范圍6463、6463A、6763、6963，其他已經列入非常用合金。它們的Mg2Si含量為0.8%-1.2%，有極優秀的可擠壓性能和低的淬火敏感性，擠壓或鍛造脫模后只要材料溫度高于520℃(實際480℃即可)，就可用噴水、水霧或穿水的方法淬火，即常說的擠壓機淬火或在線淬火，壁厚不大于3mm的材料還可以進行空冷淬火，不必進行離線固溶處理。2，密度1880kg/m36×××系合金是在熱處理可強化的鋁合金中唯一沒有應力腐蝕開裂的合金，強度中等，可焊性、擠壓性能與抗蝕性均優。可根據Mg2Si的含量及Cu、Mn、Cr等的添加情況，將Al-Mg-Si合金分為四類。表66無過剩鎂及形成Mg2Si后的過剩鎂對Mg2Si在鋁中溶解度的影響溫度過剩鎂/%K°F1103107000.5-1--1.5-2--3--8688501.851.73--3溫度過剩鎂/%K°F98089080071062000.50.911.50.350.130.05-20.20.070.03-30.050.03-8007507006506001.340.930.640.470.380.550.250.120.070.040.520.320.210.16----第二類Mg2Si含量≥1.4%的6061型合金（Al-1Mg-0.3Si），為了提高強度而加入≤0.40%Cu,≤0.2%Cr，有些還含有少量的錳。鉻是為抵消銅對抗蝕性的不良影響而加入的。這類合金在時效后可以得到更高的強度，可是它們的淬火敏感性高，擠壓后須進行離線固溶處理和在水中或其他介質中淬火，才能獲得所需要的強度，控制好擠壓溫度對某些管材與產品也可以在擠壓線上風冷淬火進行T5處理。第三類是Si含量超過了Mg2Si化合比的合金。過剩硅的存在，既能細化Mg2Si質點，還能析出過剩Si質點，使材料強度進一步提高如6151、6351等（表67）。但過剩硅易于沿晶界偏析，降低塑性，引起晶界脆性，故須加入微量Cr（6151合金）或Mn（6351合金）以細化晶粒，抑制固溶處理時發生再結晶。這類合金多用于生產擠壓材和鍛件。三類Al-Mg-Si合金的典型力學性能見表67。表67三類鋁-鎂-硅合金的典型力學性能合金Rm/N·mm-2Rp0.2/R·mm-2A5/%主要用途6063-T66061-T66151-T625031633721912建筑及結構型材與管材各種焊接結構擠壓材中等強度鍛件2813011217第四類是含有鉍和鉛（6012合金、6033合金）、合金，既有比純鋁高的強度又有好的電導率。鉍和錫（6012A合金、6023合金）、鉛和錫（6020合金）或僅含錫（6021合金）的合金，它們有良好的可切削性能，用于高速切削各種零部件，故棒材是其主要產品。Mg:Si=1.73的合金有特殊的電阻率。含1%（Mg+Si）的合金在750K的電阻率約為8.6×10Ω·m，但是當Mg:Si=1.73時電阻率下降到Ω·m。室溫電阻率比較低，含1%～1.5%Mg2Si的合金在完全時效狀態下的電阻率約為3×-8Ω·m～8.8×10-88.5×10-10在快速冷卻的合金中存在局部偏析現象，因而在形成Mg2Si的合金中可以出現硅晶體。由于晶內偏析，Mg2Si或Mg5Al8在平衡狀態下的單相合金中也可能存在。10Ω·m～3.2×10Ω·m，而退火材料的電阻率-8-8則低到2.8×10Ω·m～2.9×10Ω·m。過剩Si-8-8提高電阻率，而過剩Mg則減小電阻率，但它們的影響都不大于5%，合金的電阻率溫度系數約為3.6鎂增大鋁的晶格，硅使其減小，含有鎂和硅的固溶體的實際晶格常數比添加的鎂和硅造成的預計影響要小。含Mg和Si的合金也是一種電工×10Ω·m/K～3.8×10Ω·m/K。接近1.3K時-12-12合金有超導性，但時效降低轉變溫度。4Mg2Si對甘汞電極的電位是可變的，為0.7V～1.5V，決定于極化強度，Mg2Si的固溶或沉淀對鋁的電位沒有明顯影響。因而當鎂與硅的比例適當時，鋁-鎂-硅合金有很好的抗蝕性，在熱處理狀態沒有晶間腐蝕或應力腐蝕開裂敏感性。若Mg2Si在晶界形成連續網狀，可能出現晶間腐蝕。過剩鎂對抗蝕性沒有明顯影響；另一方面，含有過剩硅的合金母體貧硅對過飽和部分呈負電性，因此稍有晶間腐蝕或應力腐蝕開裂敏感性。含有大量過剩鎂的合金的抗蝕性比相應的二元鋁-鎂合金稍低。在富硅合金中，鋁-硅電偶是控制腐蝕的主要因素，少量Mg2Si的可以忽略不計。效，對強度性能不利。Mg2Si含量大于1%的合金在室溫停放24h，強度比淬火后立即時效的合金的約低10%。這種現象叫“停放效應”或“時效滯后現象”。停放對Mg2Si＜0.9%的6×××系合金的強度反而有利。這種效應與在室溫停放期間形成空位-溶質原子集團的形核能力和Tc溫度的高低有關。高濃度Al-Mg2Si合金（Tc＞170℃）在室溫形成的空位-溶質集團較小，達不到臨界尺寸，還引起了基體過飽和度降低，因此在人工時效時只有少數尺寸大的集團能轉變成沉淀相，又因形團后基體濃度降低，不能獨立形成新的晶核，所以只能得到粗大的沉淀相和較低的強度。反之，低濃度的6在含有Mg2Si的合金中，無論是否有過剩硅，×××系合金停放后再人工時效時，沉淀相有很鎂或硅在鋁中的擴散速度由于它們的同時存在而下降，但擴散速度仍與濃度梯度成比例。高的彌散度，停放對強度反而有益，因為低濃度合金有不同的形核條件。常規可變因素如Mg2Si含量、淬火速度、冷加工、時效溫度等對時效過程的影響遵循一般規律：Mg2Si含量稍大于溶解度極限的合金有最快的時效速度和最大的硬度；冷加工促進時效，但同時降低硬化效果，若變形量足夠大，則時效后硬化效果的減少量大于加工所造成的硬化增加量。時效后的冷加工可導致軟化?？棙嬐瑯訉r效后的性能有很大影響。快速淬火促進沉淀物的細小彌散，為達到最高性能適當的快速淬火是必要的?？諝獯慊鸾档陀不Ч?，這一點特別對Mg2Si含量接近溶解度極限的合金是正確的；Mg2Si含量低的合金能夠在空氣中淬火。加入銀促進β〞相形成和使它穩定，錫和鐵減慢GP區形成，同時減小β〞相尺寸。向鋁-鎂-硅合金加入微量銅（≤0.4%）能減輕停放效應的不良影響，因為銅能降低這類合金的自然時效速度。鐵是6×××系合金的有害雜質，對強度不利，因為它有利于形成中間相，減少GP區的成核，但也有含鐵的合金如6101B（0.10～0.30%Fe）、6015（0.10～0.30%Fe）、6022（0.05%～0.20%Fe）、6260（0.15%～0.40%Fe）、6360（0.10%～0.30%Fe）、6560（0.10%～0.30%Fe）。鈹增加GP區的成核，因而增大GP區的密度；鈉阻礙時效；鎵對性能及時效硬化的影響很??；少量鋅對強度影響不大，有幾個含鋅的6×××系合金：6019（0.40%～1.0%Zn）、6033（0.50%～1.0%Zn）、6033（0.50%～1.0%Zn）、6056、6156（各0.10%～0.7%Zn）。鋁-鎂-硅合金淬火（515℃-525℃）后必須立即人工時效（160℃-170℃、8h-12h，T6），才能得到高的強度，對在線淬火的6×××系合金也最好是這樣，但在實際生產中是做不到的，不過以不超過4h為宜，也就是說當班生產的材料最好當班人工時效。淬火后若在室溫停放一段時間再時微量（＜0.15%）稀土元素（RE）能顯著改善電線用鋁-鎂-硅合金的鑄造、加工和熱處理工藝性能。例如向Al-0.6Mg-0.6Si合金加0.1%RE，不但提高了鑄錠品質，改善了拉伸工藝，提高了成品率，熱軋后可以直接淬火，省去了離線固溶處5

理，有利于節能減排，人工時效（165℃、4h）后銅使鋁的晶格收縮，鎂卻使它膨脹。在合金元素含量符合形成四元化合物條件時，銅及硅的影響起主導作用。的抗拉強度提高約15N/mm，電阻率降低2%。加入2鈰基混合稀土即可，中國是稀土之鄉，適宜于發展含稀土的鋁-鎂-硅系導電鋁合金。鋁-鎂-硅-銅系合金的時效硬化特性決定于沉淀相，因而可根據沉淀相把常用注冊合金分為四組：CuAl2相為主的，CuMgAl2相為主的，Mg2Si相為主的，CuMg5Si4Al4相為主的。實際上，大多數合金的組織組成物都多于一個，它們可含所述的兩個或三個強化相。室溫停放對鋁-鎂-硅系合金來說就是進行低溫時效，若這種時效進行到GP區已達足夠大的尺寸，則在人工時效時GP區的回歸不可能完全，性能峰值線既發散又扁平。時效溫度越低和Mg2Si含量越高，此效應越顯著，在溫室停放1h足以產生此效應，230K的允許時間為10h-15h。在400K-450K屬于第一組的合金是銅含量等于或高于固溶時效過的合金加熱到550K-600K時僅有局部回歸。極限（4%-5%Cu），而鎂及硅的量又少或其比例正淬火后立即進行短時預時效處理，即在高于室溫下處理幾分鐘就可以抑制停放效應。短時低溫（240K）處理同樣能夠增加晶核，所以能稍稍提高性能。不過對這樣處理的工藝參數應嚴加控制，所以沒有實際生產意義。先在低溫時效，然后在高溫時效，在兩者之間進行形變熱處能提高各種性能。不過Mg2Si多于1%（原子），短時預時效會引起性能下降。好形成Mg2Si的合金，在不超過三元共晶Al+Mg2Si+CuAl2熔點的熱處理溫度下，Mg2Si的熔解極少，對合金的時效硬化沒有多大影響。第二組合金包括：Mg:Cu值至少為0.4而硅含量通常低于0.2%的那些合金，因而大部分鎂與銅形成CuMgAl2，它們的時效性能幾乎與三元鋁-銅-鎂合金的一樣。第三組合金是那些銅含量很低（＜0.4%）或鎂含量比硅含量大得多的合金，它們的時效特性與三元鋁-鎂-硅合金的相同。2.1.2Al-Mg-Si-Cu系合金鋁-鎂-硅-銅系鋁合金是在鋁-鎂-硅系三元合金的基礎上發展起來的，鎂和硅的合金化原則凡銅含量約為鎂含的一半，而硅含量等于或大于鎂含量的合金屬第四組，它們的時效和硬化與上述的三元合金完全相同，屬于硅過剩型合金。主要決定于CuMg5Si4Al4的沉淀，不過在有些合金在6×××系合金中含銅的有47個，占總注冊的常用合金的52%，銅的含量為0.05%-1.2%。加銅是為了提高強度，錳和鉻可以提高抗蝕性和抑制再結晶時晶粒長大，也有提高強度和耐熱性的作用，鈦可以細化錠組織。中也會出現CuAl2相。如上所述，Mg2Si＞1%的鋁-鎂-硅合金有明顯的停放效應，于是加少量Cu以消除停放效應，提高強度，中國的6A02（LD2）就是一種這樣的合金（0.45%～0.9%Mg、0.5%～1.2%Si、0.2%～0.6%Cu、0.15%(Mn+Cr)～0.35(Mn+Cr)%，也可以加等量的Mn或Cr）。它有優秀的擠壓、鍛壓性能和抗蝕性，并有中等強度性能，可以用于加工板、帶、棒、型材，直升機的懸翼大梁及軌道車輛的一些受力析出Mg2Si初生晶體的范圍很廣，在非平衡狀態下，Mg2Si、CuAl2及Si往往同時出現，同時所形成的相的組元是能固溶的。因此，在大部分常用的注冊合金中，即使在銅含量遠低于4%時，也可以觀察到CuAl2或CuMgAl2；硅含量低于0.8%時，結構件可用此合金鍛造。應用狀態為T6，淬火溫可出現Si、Mg2Si；鎂含量小于6%時，可看到Mg5Al8。度540℃，時效溫度150℃～160℃，保溫6h～15h。6

2.2軌道車輛板帶材的力學性能及尺寸偏差[5]6061及6082合金板、帶板材歐盟標準2.2.1力學性能（EN485-2:2008）的規定力學性能見表68及表69。表68合金ENAW-6061[AlMg1SiCu]板、帶材的力學性能抗拉強度屈服強度Rp0.2伸長率最小%厚度mm彎曲半徑a硬度狀態N/mm2N/mm2HBWa＞≥0.41.5≤最小最大最小最大A50mm14161916-A-180°1.0t1.0t-90°0.5t1.0t1.0t2.0t-1.53.0-150150150150150--85858585-40404040405858585858585858585858585757575757578888888888---O3.06.0---6.012.525.01.5----12.5≥0.41.5--16--20520520520520520520520520520520520520520520520520520529029029029029011011011011011011011011011011011011095-12141618-1.5tbb1.0t1.5t3.0t4.0t-b3.0---2.0tbbb3.06.0----T46.012.540.080.01.5----12.540.0≥0.41.5--1514---------12141618-1.5tbb1.0t1.5t3.0t4.0t-bbbb3.0---2.0t-3.06.0---T4516.012.540.080.01.5----12.540.0≥0.41.5--15141514---------12141618--1.0t1.5t3.0t4.0t-bbbb3.0-95--3.06.0-95--T426.012.540.080.01.5-95---12.540.0≥0.41.5-95----95------240240240240240-68-2.5t3.5t4.0t5.0t-bbbb3.0--76-T63.06.0--1095-6.012.540.0--5-12.5---4-7抗拉強度屈服強度Rp0.2伸長率最小%厚度mm彎曲半徑a硬度狀態N/mm2N/mm2HBWa＞≤最小最大最小最大A50mm-A42----8655442----8655442----180°-90°40.080.080.0100.0290290275265260260290290290290290290290275265260260290290290290290290290275265260260----------------------------240240240230220220240240240240240240240240230220220240240240240240240240240230220220-----------------------------88888481808088888888888888848180808888888888888884818080---100.0150.0150.0250.0250.0350.0350.0400.0------------≥0.41.51.53.06-2.5tb7-3.5tb3.06.0109-4.0tb6.012.540.080.0100.0-5.0tb12.540.080.0---------T651----100.0150.0150.0250.0250.0350.0350.0400.0--------T62≥0.41.51.53.06-2.5tbbbb7-3.5t3.06.0109-4.0t6.012.540.080.0100.0-5.0t12.540.080.0-------------100.0150.0150.0250.0250.0350.0350.0400.0--------a僅供參考b淬火后能立即獲得略小的冷彎曲半徑8表69合金ENAW-6082[AlSi1MgMn]板帶材的力學性能抗拉強度屈服強度Rp0.2伸長率最小%厚度mm彎曲半徑a硬度狀態N/mm2N/mm2HBWa＞≤1.5最小最大最小最大A50mm14161817-A16-180°1.0t1.0t-90°0.5t1.0t1.5t2.5t-≥0.41.5-150150150150155--85858585-40404040405858585858585858585858585757575757579494949189898483-3.0--O3.06.0---6.012.525.01.5----12.5≥0.41.5----20520520520520520520520520520520520520520520520520520531031031030029529527527526011011011011011011011011011011011011095-12141514-1312-3.0tbb1.5t2.0t3.0t4.0t-b3.0--3.0tbbb3.06.0-----T46.012.540.080.01.5---12.540.0≥0.41.5----------12141514-1312-3.0tbb1.5t2.0t3.0t4.0t-bbbb3.0--3.0t-3.06.0--T4516.012.540.080.01.5----12.540.0≥0.41.5------------12141514-1312--1.5t2.0t3.0t4.0t-bbbb3.0-95--3.06.0-95--T426.012.540.080.01.5-95---12.540.0≥0.41.5-95----95------260260260255240240240230220-68-2.5t3.5t4.5t6.0t-bbbb3.0--77-3.06.0--1096-6.012.560.0100.0--4-T612.560.0---2-------100.0150.0150.0175.0175.0350.0------------------9抗拉強度屈服強度Rp0.2伸長率最小%厚度mm彎曲半徑a硬度狀態N/mm2N/mm2HBWa＞≤1.5最小最大最小最大A50mm6A8180°-90°≥0.41.5310310310300295295275275260310310310300295295275275260280280280280275275275275280280280280275275275275----------------------------------260260260255240240240230220260260260255240240240230220205205205205200200200200205205205205200200200200--------2.5t3.5t4.5t6.0t-b9494949189898483-3.077-bbb3.06.01096-6.012.560.0100.04-T65112.560.0-2-----100.0150.0150.0175.0175.0350.0------------≥0.41.51.53.0-------------------------68-2.5t3.5t4.5t6.0t-bbbb9494949189898483-77-3.06.01096-6.012.560.0100.04-T6212.560.0-2-----100.0150.0150.0175.0175.0350.0------------≥0.41.51.53.010111112-12109-2.0t2.5t4.0t5.0t-bbbb82828282818181818282828281818181-3.06.0-6.012.560.0100.08-T6112.560.0------100.0150.0150.0175.0--------≥0.41.51.53.010111112-12109-2.0t2.5t4.0t5.0t-bbbb-3.06.0-6.012.560.0100.08-T615112.560.0------100.0150.0150.0175.0--------a僅供參考b淬火后能立即獲得略小的冷彎曲半徑102.2.2尺寸偏差6061及6082合金板、帶材的尺寸偏差見A6061合金ENAW-6061[AlMg1SiCu]合金擠壓材的力學性能（EN755-2:2008）見表70。1.1.2.2節。2.3軌道車輛擠壓材的力學性能及尺寸偏差[5]表70合金ENAW-6061[AlMg1SiCu]的力學性能（EN755-2:2008）擠壓棒材狀態尺寸mmRm最小-N/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%最小16A50mm%HBW典型值30DaSb最大150-最大110-最小O,H111≤200≤200≤200≤200≤200≤20014136T4T6c1802601102401565c--895擠壓管材狀態壁厚tRm最小-N/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%最小16A50mm%HBW典型值30mm≤25最大150-最大110-最小14136O,H111T4T6c≤251802602601102402401565≤5--895c5t≤25--10895擠壓型材狀態d壁厚tmmRm最小180260260N/mm2Rp0.2最小110N/mm2A%最小15A50mm%HBW典型值65最大最大最小137T4T6cc≤25------≤52409955t≤2524010895abcdD=圓棒直徑S=方形和六角形棒對邊距離，矩形棒厚度；可通過擠壓淬火獲得性能；如果型材橫截面由不同厚度組成，達不到一系列規定的力學性能值，則應把最小規定值當做整個橫截面的有效值。11表71合金ENAW-6261[AlMg1SiCuMn]的力學性能（EN755-2:2008）擠壓棒材狀態尺寸mmRmN/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%最小14A50mm%HBW典型值-DaSb最小-最大170-最大120-最小O,H111≤100≤100≤20≤100≤100≤2012127T4c18029029010024524514---8100100T6c20D≤10020S≤100--8-擠壓管材狀態壁厚tMmRmN/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%最小14148A50mm%HBW最小-最大最大最小12127典型值O,H111≤10170-12---T4c≤10180270260290290100230220245245≤5---T55t≤10≤5--98---87100100T6c5t≤10--98擠壓型材狀態d壁厚tmmRmN/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%最小14148A50mm%HBW最小-最大最大最小12128典型值O,H111全部170-120---T4c≤25180270260250290280270260290270100230220210245235230220245230≤5--7開口型材T55t≤25＞25--998--99-開口型≤5--87100100-材T6c5t≤25≤5--87空心型材T5--875t≤10≤5--98-空心型--87100100材T6c5t≤10--98abcdD=圓棒直徑S=方形和六角形棒對邊距離，矩形棒厚度；可通過擠壓淬火獲得性能；如果型材橫截面由不同厚度組成，達不到一系列規定的力學性能值，則應把最小規定值當做整個橫截面的有效值。12B6063合金能見表72（EN755-2:2008）。6063合金ENAW-6063[AlMg0.7Si]的力學性表72合金ENAW-6063[AlMg0.7Si]擠壓棒材狀態尺寸mmRmN/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%A50mm%HBWDaSb最小-最大最大最小最小典型值O,H111≤200≤150≤200≤150130-------2550506575758013012017521519524565T4c150D≤200≤200150S≤200≤200-65T5-1301701602006≤150≤150-1010108T6c150D≤200≤200150S≤200≤200--T66c-8擠壓管材壁厚tRmN/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%A50mm%HBW狀態Mm≤25最小-最大最大最小最小1612106典型值O,H111130-------1814128255050657580≤1013012017521524565T4c10t≤25≤25-65T5-130170200T6c≤25-10108T66c≤25-8擠壓型材d壁厚tmmRmN/mm2Rp0.2最小65N/mm2A%最小148A50mm%HBW典型值50狀態最小130175160215195180245225最大最大最小126T4c≤25----------------≤313011017016012020018065T53t≤25≤1075658675T6c10t≤25≤158675T64cd12810665≤1080T66c10t≤258680abcdD=圓棒直徑S=方形和六角形棒對邊距離，矩形棒厚度；可通過擠壓淬火獲得性能；如果型材橫截面由不同厚度組成，達不到一系列規定的力學性能值，則應把最小規定值當做整個橫截面的有效值。13表73合金ENAW-6063A[AlMg0.7Si(A)]擠壓材的力學性能（EN755-2:2008）擠壓棒材尺寸mmRmN/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%最小1612107A50mm%HBW典型值28狀態DaSb最小-最大最大最小O,H111≤200≤150≤200≤150150-------1410-1501402002302209050T4c150D≤200≤200150S≤200≤200-9050T5-160190160575≤150≤150-7580T6c150D≤200150S≤200-7-80擠壓管材狀態壁厚tRmN/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%最小16A50mm%HBW典型值28Mm≤25最小-最大最大最小14108O,H111150------≤10150140200230901250T4c10t≤25≤25-901050T5-1601907575T6c≤25-7580擠壓型材d壁厚tMmRmN/mm2Rp0.2最小90N/mm2A%最小127A50mm%HBW典型值50狀態最小150200190230220最大最大最小T4c≤25----------105≤1016015019018075T510t≤25≤1064757580T6c10t≤255480abcdD=圓棒直徑S=方形和六角形棒對邊距離，矩形棒厚度；可通過擠壓淬火獲得性能；如果型材橫截面由不同厚度組成，達不到一系列規定的力學性能值，則應把最小規定值當做整個橫截面的有效值。14表74合金ENAW-6463[AlMg0.7Si(B)]擠壓材的力學性能（EN755-2:2008）擠壓棒材尺寸mmRmN/mm2Rp0.2最小75N/mm2A%最小14A50mm%HBW典型值46狀態DaSb最小125150195最大最大最小T4c≤150≤150≤150≤150≤150≤150------126T5110160860T6c10874擠壓管材壁厚tMmRmN/mm2Rp0.2最小160N/mm2A%最小10A50mm%%HBW典型值74狀態最小195最大-最大-最小8T6c≤25擠壓型材狀態d壁厚tMmRmN/mm2Rp0.2最小75N/mm2A%最小14A50mmHBW典型值46最小125150195最大最大最小126T4c≤50≤50≤50------T5110160860T6c10874abcdD=圓棒直徑S=方形和六角形棒對邊距離，矩形棒厚度；可通過擠壓淬火獲得性能；如果型材橫截面由不同厚度組成，達不到一系列規定的力學性能值，則應把最小規定值當做整個橫截面的有效值。C6082合金ENAW6082合金[AlSi1MgMn]的力學性能見表75。表75合金ENAW-6082[AlSiMgMn]擠壓棒材尺寸mmRmN/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%最小14148A50mm%HBW典型值35狀態DaSb最小-最大最大最小O,H111≤200≤200≤200≤200160-110-12126T4c20529531028027011025026024020070≤20≤200--9520D≤150150D≤200200D≤25020S≤150150S≤200200S≤250--8-95T6c--6-95--6-9515擠壓管材狀態壁厚tMmRmN/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%最小14A50mm%HBW典型值35最小-最大160-最大110-最小O,H111≤2512126T4T6c≤252052903101102502601470195≤5--8c5t≤25--10895擠壓型材狀態d壁厚tMmRmN/mm2Rp0.2N/mm2A%最小14A50mm%HBW典型值35最小-最大160-最小最大最小12O,H111全部≤25--T4c205141270開口型材T5≤5270-230-8690開口地≤5290310--250260--8689595材T6c5t≤2510空心型材T5≤5270-230-8690空心型≤5290310--250260--8689595材T6c5t≤2510abcdD=圓棒直徑S=方形和六角形棒對邊距離，矩形棒厚度；可通過擠壓淬火獲得性能；如果型材橫截面由不同厚度組成，達不到一系列規定的力學性能值，則應把最小規定值當做整個橫截面的有效值。表76合金ENAW-6182[AlSi1MgZr]擠壓棒材狀態尺寸mmRmN/mm2Rp0.2最小110330300240N/mm2A%最小129A50mm%HBWDaSb最小205360330280最大最大最小典型值T4T6c≤220≤155--------107----9D≤1009S≤100c100D≤150150D≤220100S≤150150S≤220866416續上表擠壓管材無規定擠壓型材無規定abcdD=圓棒直徑S=方形和六角形棒對邊距離，矩形棒厚度；可通過擠壓淬火獲得性能；如果型材橫截面由不同厚度組成，達不到一系列規定的力學性能值，則應把最小規定值當做整個橫截面的有效值。D6N01合金535℃，然后于170℃～180℃人工時效8h。b.物理性能：20℃密度2700kg/m度652℃，固相線溫度615℃，20℃～100℃的平/℃，T5狀態的熱導率6N01合金是一種日本合金，其中的“N”就是“Nippon（日本）”的縮寫，尚未在美國鋁業協會3，液相線溫注冊，但在日本的軌道車輛制造中獲得廣泛應用。均膨脹系線23.5×10-6它的化學成分見1.2.1.1節。188W/m·℃,T5狀態的電導率46%IACS。c.20℃時的力學性能：6N01合金在20℃的力學性能列于表77。a.熱處理：6N01合金擠壓材在T5及T6狀態下應用。T5狀態：擠壓后在線淬火，170℃～180℃人工時效8h；離線固溶處理，處理溫度525℃～表776N01合金的室溫力學性能抗拉強度Rm屈服強度Rp0.2伸長率正彈性模量E切變彈性模量狀態泊松比N/mm2752N/mm2452%KN/mm68.968.92KN/mm25.825.82T5T612120.330.33290260d.抗腐蝕性能：6N01合金的抗大氣腐蝕性能一般，在實際使用條件下既沒有應力腐蝕開裂傾向又不會發生剝落腐蝕。擠壓材料在交通運輸裝備領域有著廣泛應用。1.2.3.2尺寸偏差軌道車輛用的6063、6061及6082型合金擠壓材的尺寸及形位偏差見1.1.3.2節。e.工藝性能：6N01合金有良好的可熔焊與釬焊性能，擠壓性能優秀，壓力加工性能良好，由于強度不高，切削加工性能低下。因為強度比6061合金的低，有非常好的可擠壓性能，可擠壓斷面37×××系合金[1、2、4]7×××系合金可分為兩大類：鋁-鋅-鎂合金復雜的薄壁火型材，同時有良好的表面處理性能，及鋁-鋅-鎂-銅合金，軌道車輛用的為前者，除在17美國鋁業協會注冊的4個合金（表77）外，還有日本的7N01。軌道車輛用主要為7003及7N01合金大型薄壁焊接結構擠壓型材，7005合金也有應用。在固態鋁能夠與Mg5Al8、Mg3Zn3Al2、MgZn2、Mg5Zn11、ZnAl和Zn處于平衡狀態，可溶于Mg5Al8中的鋅不多于2%，ZnAl不能溶解多于1%Mg。表77注冊的常用鋁-鎂-鎂合金的合金元素含量（質量%）合金700371087108A7021注冊國日本美國挪威美國鋅鎂鋯其他5.0-6.54.5-5.54.8-5.85.0-6.00.5-1.00.7-1.40.7-1.51.2-1.80.05-0.250.12-0.250.15-0.250.08-0.18不可避免的雜質及鋁不可避免的雜質及鋁不可避免的雜質及鋁不可避免的雜質及鋁MgZn2(84.32%Zn)相是典型的六角晶格拉維斯后就減小，因為開始形成的原子團，鎂向它們運動的速度較慢。GP區形成時伴隨著放出大量熱。在此階段區內的溶質僅是小部分，大部分仍處于固溶體中。由空位-溶質互相作用形成GP區，對于區的成核必須達到臨界空位濃度。時效溫度越低，臨界濃度越低，任何有位錯存在之處（晶界、亞晶界、夾雜物）都是空位陷阱，阻礙GP區成核，其結果產生無沉淀區，因而無沉淀不一定總是溶質貧乏區，可能仍是過飽和的。無沉淀區寬度決定于成分、晶粒間夾角、淬火速度、淬火溫度、塑性變形、不溶解的粒子或夾雜物的存在，等等。無沉淀區可以是空位貧乏的和過飽和的，或是溶質貧乏的，在同一相。它的空間群為P63/mmc；單位晶胞中有12個原子；晶格常數α=5.16-5.22×10m，-10m。該相能溶入高達3%Al。凝固時它的收縮量很高-24%。直到600K它的維氏硬度仍是2500N/mm，此后硬度迅速降低。在c=8.49-8.56×10-102NaCl-H2O2溶液中對甘汞電極的電位是1.04V。Mg2Zn11(6.33%Mg)相的結構是立方晶格；空間群Im3；單位晶胞內膜39個原子；晶格常數α=8.55×10m。不管是MgZn2還是Mg2Zn11，都不能溶解多-10于1%的Al。超過600K，兩個相的塑性都很高。三元相的成分范圍由20%到35%Mg和22%到65%Zn，在此范圍內，形成（AlZn）49Mg32。它屬立方晶系；晶界周圍可以有兩種典型的無沉淀區共存。過飽和與CuMg4Al6同晶型；空間群為Im3；單位晶胞中有162個原子；具有互相貫穿的多面體結構。在非平衡狀態結晶，由于偏析，在平衡狀態應是完全固溶的合金，也往往出現共晶體。這些共晶體通常是離異的。無沉淀區比周圍的材料較軟；因此，由于它的存在影響變形和疲勞。然而，貧乏的無沉淀區對應力腐蝕有很大的影響。球形GP區的尺寸隨著溫度或時間的變化很小，溫度≤450K時，直徑（3-60）×10m。在更-10Mg:2n為2:5至1:7的合金的沉淀相為MgZn2(n)高溫度下加熱，這些區完全被重新吸收。斷續時（≤450K），在更高的溫度下（＞550K）是三元相Mg3Zn3Al2(T)。在MgZn2沉淀過程中，首先形成球形效，特別是在較高溫度下，球形GP區在母體的（111）在上伸長成片狀。厚度不顯著增加，但是，隨著時效時間延長和溫度提高，直徑迅速增大，-10-10GP區，在室溫時直徑為20×10m-30×10m，其密度為1012個/mm。時效開始時體積稍有增大，隨3在400K時效800h后，增大到200×10m，在450K-1018時效700h時后，直徑增大到500×10-10m。鋁-鋅-鎂合金對回歸有特殊的敏感性，即使處理不高于時效溫度100K，也會產生回歸。如果回歸完全，那么重新時效過程顯著變慢。通?；貧w是不完全的，硬化過程繼續進行，若干個時效時效到這種程度時，硬化效果只有部分可逆性，形成過渡相η’。可作為η’相核心的區的大小很重要，同時與成分有關。由于中間相周圍存在引力場，所以它的晶格與母相至少部分共格，階段交替進行，使性能降低。中間相η’在發生軟化之前出現。高于臨界溫度不形成GP區，一開始就沉淀中間相，臨界溫度決定于成分。中間相形核主要在晶格缺陷如位錯環處。3.1工業用鋁-鋅-鎂系合金在7×××系合金中，除了表77所列的4種合金外，在工業上獲得廣泛應用的還有表78所列的，有些已在美國鋁業協會注冊，有的尚未注冊。表78常用Al-Zn-Mg合金的牌號、化學成分和力學性能主要成分/%（平均值）RmRA牌號國別狀態Zn4.74.74.04.54.25.754.43.04.64.34.13.73.3Mg1.41.42.81.41.50.751.61.51.21.71.851.554.3Mn0.3Cr0.10.10.20.1-Zr-Cu0.1TiZn/Mg3.363.361.433.212.8N/mm%AlZnMglUnidur7039德國瑞士-36036042040039539034035040039042535040028028035032533033028022035032036021030012.012.014.014.014.016.510.617.014.315.013.014.010.0AAAAAAAAAAAAT6AAT6AAAAAAAA0.4-0.05≤0.1--0.3--美國加拿大日本70050.40.150.150.15＜0.3--70040.450.4-----7.77n010.550.3＜0.30.20.25-＜0.250.2＜0.22.752.0AZ4GAZ5G74S-法國＜0.20.30.15-＜0.10.1＜0.13.832.532.222.380.77加拿大----19111950.350.40.160.14-0.180.180.150.150.100.05俄羅斯B92u0.7*AA-人工時效；NA-自然時效；T6-人工時效到最高強度Zn和Mg是在Al中溶解度最高的元素，早在二十年代初就發現Al-Zn-Mg合金有極高的時效硬化能力，但因應力腐蝕敏感性高，所以長期以來一直沒有得到應用。直到近二十年來發現Al-Zn-Mg系合金有優秀的可焊性，應力腐蝕敏感性可以通過Zn、Mg含量的控制（Zn+Mg≤7%）和添加穩定劑Mn、Cr、Zr等予以解決后，才又引起人們的重視。Mg在Al中的最大溶解度為17.4%（450℃），在室溫時溶解度為1.0%。Zn溶解度更高，在共析溫度（275℃）為31.6%，在200℃為12.6%，在室溫大于或等于2%。因此，Zn、Mg與Al能形成高19濃度三元固溶體。由Al-Zn-Mg系三元相圖可知，該系合金除了β、η、γ等二元相外，還出現一個三元化合物T，分子式為Al2Mg3Zn3，也可以用濃度范圍（AlZn）49Mg32表示。工業用Al-Zn-Mg合金的化學組成多位于M所表示的影線范圍內，主要強化相是T和η，所以工業用合金多稱之為α+T型合金。這兩種強化相不僅在Al中有極大的溶解度，而且有相當大的溶解度變化，故有極強的時效硬化效應。之間，屬α+T型合金。室溫強度（Rm）為340N/mm-450N/mm，雖比硬鋁和超硬鋁低，但比22Al-Mg-Si或Al-Mg合金高，并優秀的可焊性，故有中強可焊Al合金之稱。為了提高這類合金抗應力腐蝕性能，還經常加入微量Mn（0.2%-0.45%）、Cr（≤0.3%）、Ti（＜0.2%）和Cu（＜0.25%）等。其中以Cr的作用最明顯，比同量的Mn約高數十倍。Cu能顯著提高強度和抗應力腐蝕性能，但對焊接性能不利，故焊接用Al-Zn-Mg合金Cu含量應＜0.25%。微量Ag(0.2%-0.5%)能強烈提高抗應力腐蝕性能和組織穩定性。因為Ag能提高Tc溫度，減少GBP數量，消除PFZ，提高MPt的彌散度，因而消除了沿晶腐蝕特點。Al-Zn-Mg合金的時效組織由三部分組成：晶界沉淀相（GBP）、晶間無沉淀帶（PFZ）和基體沉淀相（MPt）。這三種組織參數的變化與熱處理制度有關，一般來說，固溶體化溫度愈慢（空位凍結下來的愈少），時效溫度愈高（組織參數發展得愈快），GBP和MPt的尺寸愈大，PFZ愈寬。反之，淬火空位濃度（即溫度）愈高，沉淀相晶核的臨界尺寸愈小，形核率愈高，MPt和PFZ也愈小和愈窄，GBP也愈小。另外，三種組織參數的變化還與臨界形核溫度（Tc）的高低有關。如果時效溫度Tα≤Tc，三種組織參數發展較慢，Tα＞Tc，組織參數發展較快，則可分別得到彌散度高的均勻組織或粗大的不均勻組織。另外，Tα＜Tc，PFZ的寬度隨時效時間的延長而變寬，但Tα＞Tc則相反，隨時間的延長反而變窄，即在PFZ內部也發生了沉淀。Zr的主要作用是提高可焊性，也有改善抗應力腐蝕性能的作用，因此，焊接用鋁合金均加入0.1%-0.25%Zr。實驗結果表明，向Al-Zn-Mg合金加入0.2%Zr，焊接裂紋顯著降低，加入0.3%-0.4%Zr，焊接裂紋幾乎消失，但Zr＜0.1%，對焊接性能的改善作用不大。Ti的作用也是細化晶粒，改善可焊性，但效果比Zr的小。如果Ti、Zr同時加入，效果則更加明顯。例如，同時加入0.12%Zr和0.1%Ti，起的作用與0.2%Zr完全相同，如單獨加入0.12Zr，則無明顯改善可焊性的作用。顯微組織參數的消長或變化即決定了合金的強度、韌性和抗應力腐蝕性能，而熱處理的目的就是根據使用性有的要求，來調整或控制三種組織參數的變化。當然，三種組織參數的變化還可以通過添加微量元素（Mn、Cr、Zr、Ti）或形變熱處理（TMT）等方法來控制。Al-Zn-Mg合金的力學性能已列于表81，因合金的濃度不同，強度相差很大，很難找出明顯的規律，但根據鋅鎂比卻可以分成三種性能不同的類型。中等鋅鎂比（2.0-3.8）的合金有AlZnMg1和undiur，這類合金的特點是強度雖不高，但有優秀的塑性、可焊性和抗應力腐蝕性能。另外，還有寬的固溶處理溫度范圍，優異的熱變形和拋光性能，焊后有很強的自然時效能力，焊縫區強度常用的Al-Zn-Mg合金的化學成分和力學性能如表80所列。這種合金的濃度很分散，Zn、Mg總含量4.5%-7.6%，鋅鎂比除個別者外，均位于2-3.820

在室溫即能大部分恢復，甚至于接近基體強度。如在120℃時效，還能明顯改善焊縫熱影響區的抗剝落腐蝕性能。這種無Cu的Al-Zn-Mg合金的淬火敏感性也極低，固溶處理后緩冷或空冷不僅強度不降低，而且能提高抗應力腐蝕性能。同AZ5G合金一樣，除了廣泛應用于民用和軍用焊接結構外，還可以焊接大型火箭用燃料貯箱。下。這種合金不僅有較高的強度、可焊性和合格的抗應力腐蝕性能，而且有突出的熱擠壓性能，擠壓速度比Al-Mg-Si和Al-Mg合金還高。這種高Zn合金現已經廣泛應用于鐵道車輛、海船、摩托和自行車配件生產。7039和B92u是Zn/Mg＜1.5的合金，這類合金除有上述兩類合金的一般特點外，還有優秀的低溫性能（表79），板材和型材適于焊接在超低溫7003是高鋅鎂比（≥7）合金，突出的特點是利用Zn能提高熱塑性（即所謂高溫固溶軟化效應）下工作的壓力容器（≤-195.5℃的液氧、液N2或的現象，盡量提高Zn含量，把Mg量降低到1%以H2的容器）、裝甲板和一般結構。表797039-T61板材（19.2mm）的低溫性能切口δb(NTS)RmRp0.2A5切口因子Kt溫度/℃NTS/UNTS*NTS/UNTS*N/mm2%N/mm597630532223.8-195.5-253432576684363435455136.36.31.381.09-1.61.451.1714.516.015.0*NTS-切口抗拉強度；UNTS-無切口強度；UNYS-無切口屈服強度3.2軌道車輛典型合金擠壓材的力學性能3.2.1力學性能[5]按EN755-2:2008，7003及7005合金擠壓材的力學性能見表80及表81。A.7003及7005合金表80合金ENAW-7003[AlZn6Mg0.8Zr]擠壓材的力學性能（EN755-2:2008）擠壓棒材尺寸mmRmN/mm2Rp0.2最小260290280N/mm2A%最小10A50mm%HBW典型值-狀態DaSb最小310350340最大最大最小T5全部≤50全部≤50------88810110T6c50D≤15050S≤15010110擠壓管材狀態壁厚tRmN/mm2Rp0.2最小-N/mm2A%最小-A50mm%HBW典型值8Mm全部最小310350340最大最大260-最小108T5---≤1029028010110T6c10t≤25-10811021擠壓型材狀態d壁厚tMmRmN/mm2Rp0.2最小260290280N/mm2A%最小10A50mm%HBW典型值-最小310350340最大最大最小T5全部------888≤1010110T6c10t≤2510110abcdD=圓棒直徑S=方形和六角形棒對邊距離，矩形棒厚度；可通過擠壓淬火獲得性能；如果型材橫截面由不同厚度組成，達不到一系列規定的力學性能值，則應把最小規定值當做整個橫截面的有效值。表81合金ENAW-7005[AlZn4.5Mg1.5Mn]擠壓材的力學性能（EN755:2008）擠壓棒材尺寸mmRmN/mm2Rp0.2最小290270N/mm2A%最小10A50mm%HBW典型值110狀態DaSb最小350340最大最大最小≤50≤50----8-T6c50D≤20050S≤20010110擠壓管材狀態壁厚tRmN/mm2Rp0.2最小290N/mm2A%最小10A50mm%%HBW典型值110Mm最小350最大-最大-最小8T6c≤15擠壓型材狀態d壁厚tMmRmN/mm2Rp0.2最小290N/mm2A%最小10A50mmHBW典型值110最小350最大-最大-最小8T6c≤40abcdD=圓棒直徑S=方形和六角形棒對邊距離，矩形棒厚度；可通過擠壓淬火獲得性能；如果型材橫截面由不同厚度組成，達不到一系列規定的力學性能值，則應把最小規定值當做整個橫截面的有效值。B.7N01合金的高強度合金，在交通運輸裝備制