高鐵車廂是用鋁材焊接的，有的高鐵線經(jīng)過零下三四十?dāng)z氏度的高寒地帶；南極科考船上的一些儀器、裝備與起居用品是以鋁材制造的，需要經(jīng)受零下六七十?dāng)z氏度的考驗(yàn)；由中國經(jīng)北極到歐洲的商船上有些裝備也是用鋁材制造的，其中的一部分露在外面，環(huán)境溫度也在零下五六十?dāng)z氏度；它們能在這樣的寒冷環(huán)境中正常運(yùn)轉(zhuǎn)嗎？沒問題，鋁合金及鋁材是最不怕寒冷酷熱的。

鋁：最好的低溫結(jié)構(gòu)材料
鋁及鋁合金是最好的低溫材料，沒有低溫脆性，不像普通鋼材、鎳合金等那樣有明顯的低溫脆性，它們的強(qiáng)度性能雖然隨著溫度的降低而升高，但是塑性與韌性卻隨著溫度的下降而降低，即有明顯的低溫脆性?？墒卿X及鋁合金則大不一樣，沒有一絲絲低溫脆性，它們的一切力學(xué)性能均隨著溫度的降低而全面明顯上升，與材料的成分無關(guān)，不管是鑄造鋁合金還是變形鋁合金，也不管是粉末冶金合金，還是復(fù)合材料；與材料狀態(tài)也沒有關(guān)系，不管是加工狀態(tài)的，還是熱處理狀態(tài)的；也與錠坯制備工藝無關(guān)，不管是用鑄錠軋制的，還是用熔體連續(xù)鑄軋的或連續(xù)連軋的；與鋁的提取工藝更無關(guān)系，電解的、碳熱還原的、化學(xué)提取，通通都沒有低溫脆性；與純度也無關(guān)，不管是99.50%~99.79%的工藝純鋁，還是99.80%~99.949%的高純鋁、99.950%~99.9959%的超純鋁（Super Purity）、99.9960%~99.9990%的極純鋁（extreme purity）、>99.9990%的超高純鋁等都沒有低溫脆性。有趣的是，另兩個輕金屬——鎂、鈦跟鋁一樣也沒有低溫脆性。
幾種常用高鐵車輛廂體擠壓鋁合金型材的力學(xué)性能與溫度的關(guān)系見下表。
高鐵車廂鋁材有Al-Mg系的5005合金板材、5052合金板材、5083合金板材及型材，Al-Mg-Si系的6061合金板材及型材、6N01合金型材、6063合金型材，Al-Zn-Mg系7N01合金板材及型材、7003合金型材。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)有O、H14、H18、H112、T4、T5、T6。
由表中的數(shù)據(jù)可明顯地看出，不管哪種鋁合金，它的力學(xué)性能均隨著溫度的降低而上升，所以鋁材是一類絕妙的低溫結(jié)構(gòu)材料，火箭的低溫燃料（液氫、液氧）儲罐、液化天然氣（LNG）運(yùn)輸船上與岸基儲罐、低溫化工產(chǎn)品容器、冷庫、冷藏車等都可以用鋁材制造。
在地球上跑的高速列車的車廂與車頭的結(jié)構(gòu)件凡是可用鋁合金制造的零部件都可以用現(xiàn)行的相應(yīng)鋁合金制造，不需要另辟蹊徑研究一種在高寒地區(qū)運(yùn)營的廂體結(jié)構(gòu)鋁合金及其生產(chǎn)工藝，當(dāng)然如果能研發(fā)一種各項(xiàng)性能比6061合金大10%左右的6XXX合金，或比7N01合金全面約大8%的7XXX合金，那當(dāng)然是功勞很大的。
實(shí)際上，在我國黑龍江省，以及以后在內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆維吾爾族自治區(qū)、西藏自治區(qū)、青海省跑的高鐵對鋁合金結(jié)構(gòu)來說算不了“高寒”，不需要對合金成分作特殊處理，也不需要對材料生產(chǎn)工藝參數(shù)作專門調(diào)整。
只要為高張高鐵或以后為在其他寒冷地區(qū)運(yùn)營的高鐵車輛廂體生產(chǎn)的鋁材性能符合中國GB、歐洲EN、日本JIS、美國ASTM等標(biāo)準(zhǔn)要求，就是合格的產(chǎn)品，不需要采取特殊措施，以免加大成本。
車廂鋁合金的發(fā)展趨勢
在現(xiàn)在軌道車輛廂體制造和維護(hù)中用的板材合金有5052、5083、5454、6061等合金，用的擠壓型材有5083、6061、7N01等，此外一些新的合金諸如5059、5383、6082等也有所應(yīng)用。它們都有良好的可焊性，焊絲為5356或5556合金，當(dāng)然最好是采用摩擦攪拌焊（FSW），不但焊接質(zhì)量高，而且不用焊絲。后來日本研發(fā)的7N01合金（Mn0.20~0.7、Mg1.0~2.0、Zn4.0~5.0，單位%），在軌道車輛制造中獲得廣泛應(yīng)用；德國在制造高鐵Trans Rapid車廂時采用5005合金板制作壁板，用6061、6063、6005合金擠壓所用的型材。總之，直到目前無論是中國還是其他國家制造高鐵車輛基本上仍沿用這些合金。
200km/h~350km/h列車廂體鋁合金
我們可根據(jù)列車運(yùn)營速度將廂體鋁合金分為：速度<200km/h的車輛用的可稱為第一代合金，它們是常規(guī)的合金，多用于制造城市軌道車輛廂體，如6063、6061、5083合金等；第二代鋁合金如6N01、5005、6005A、7003、7005合金等用于制造速度為200km/h~350km/h的高鐵車輛廂體；第三代合金是6082、含鈧的鋁合金等。
除了6N01、7N01合金（它們是日本合金，N代表Nippon）外，還有7003合金，它的Mg含量比7N01合金的低，是一種低Mg的Al-Zn-Mg合金，它的可焊性及強(qiáng)度與7N01合金的相當(dāng)，并具有更高的可擠壓性能。日本東北和上越新干線、札幌地鐵大量采用7003、7N01合金生產(chǎn)壁厚3mm的寬幅型材。
6005A合金（Si0.50~0.9、Mg0.40~0.7、Mn和Cr 0.12~0.50,%）是法國注冊的，與美國6005合金相比，Mg與Si的含量相等，但增加了0.12%~0.50%的Mn的Cr，不但有與6063合金相當(dāng)?shù)目蓴D壓性能，而且強(qiáng)度性能也有所提高。6N01合金也如此，日本山陽電化鐵路3050型車輛廂體側(cè)板（寬507mm、壁厚2.5mm）、寬558mm的地板，以及制造側(cè)板掛鉤、檐梁等的大型寬幅空心型材都是用6N01合金擠壓的。
350ktm/h~450km/h列車廂體鋁合金
這是廂體用的新一代鋁合金，列車速度高達(dá)450m/h，車輛須承受更大的外力，受到的震動也更強(qiáng)烈，因此應(yīng)研發(fā)新一代輕量化高鐵鋁合金。
含鈧的鋁合金。鈧是鋁及鋁合金最有效的晶粒細(xì)化劑，也是優(yōu)化鋁合金性能有效的元素之一，鈧的含量都<0.5%，凡含有鈧的合金，不管含量多少都統(tǒng)稱鋁-鈧合金。Al-Sc合金有強(qiáng)度高、塑性好、可焊性優(yōu)良、抗蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是艦船、航空航天器、反應(yīng)堆、國防軍工器械等領(lǐng)域選用的新一代鋁合金之一，當(dāng)然也可以用于制造鐵路車輛結(jié)構(gòu)。
不過向現(xiàn)行鋁合金添加鈧，對組織性能的改善如何，尚有待系統(tǒng)的研究，鈧是一種稀土元素，中國是世界上最大的鈧生產(chǎn)國，在Al-Sc合金研究方面居世界前列，但總的來看還不如俄羅斯，在Al-Sc合金研究與應(yīng)用方面俄羅斯是領(lǐng)跑者。東北輕合金有限責(zé)任公司、中南大學(xué)、航天材料及工藝研究所對Al-Sc合金的研發(fā)作了許多工作，他們研究的“大尺寸5B70鋁-鎂-鈧合金板材”獲2017年度中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎，獲二等獎的也有一項(xiàng)，為“航天用可焊高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Sc合金”。
6082合金
繼6N01合金普及以來，1972年成型的6082合金得到鐵路裝備制造部門的關(guān)注，此合金的強(qiáng)度介于7N01合金與6N01合金強(qiáng)度之間。6082-T5方形管的抗拉強(qiáng)度Rm（噴霧在線淬火）符合底架梁的相應(yīng)要求。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)表明，此合金可以在相應(yīng)領(lǐng)域?qū)嵉貞?yīng)用。然而，若要在鐵路裝備部門廣泛推廣，仍需要做大量工作。對于30年前曾被視為萬無一失的鋁制列車的裝配節(jié)點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度，由于列車載重條件改變和結(jié)構(gòu)輕量化，已不適用于當(dāng)前的新型高速列車，但是這與高寒地區(qū)的溫度無關(guān)，因?yàn)榱阆聨资當(dāng)z氏度對鋁合金來說真是“小試鋒芒”，算不了什么低溫，同時溫度越低，鋁結(jié)構(gòu)顯得越強(qiáng)韌。
泡沫鋁
高速列車具有軸重輕、頻繁加減速和超載運(yùn)行等特點(diǎn)，要求車體結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度、剛度、安全、舒適的前提下盡可能輕量化。顯然，超輕泡沫鋁所具備的高比強(qiáng)、高比模、高阻尼等性能，與這些要求非常一致。國外對泡沫鋁在高速列車上的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)地研究與評估，發(fā)現(xiàn)填充泡沫鋁的鋼管吸能本領(lǐng)比空管的高35%~40%，抗彎強(qiáng)度提高40%~50%，從而可使車廂立柱和隔板更堅固，不易坍塌；用泡沫鋁填充機(jī)車頭部緩沖區(qū)，可提高吸收沖擊能的能力；用10mm厚泡沫鋁和薄鋁板制造的夾心板比原鋼板質(zhì)量輕50%，而剛度卻提高了8倍。
目前，中國高鐵有關(guān)單位正在研究用泡沫鋁夾心板制備高鐵車廂地板和車門的可行性。為加快解決下一代高鐵面臨的一系列重大科技問題，鐵道部門和中國科學(xué)院聯(lián)合成立了先進(jìn)軌道交通力學(xué)研究中心，在對高速列車材料與結(jié)構(gòu)可靠性、噪聲降低理論與技術(shù)等方面展開攻關(guān)研究，其中有相當(dāng)一部分內(nèi)容與超輕泡沫鋁有關(guān)。
隨著高速列車運(yùn)行速度的不斷提升，產(chǎn)生的噪聲對乘客乘坐舒適度與周邊環(huán)境的影響已成為高鐵發(fā)展的關(guān)鍵制約因素之一。相對于車內(nèi)噪聲，車外噪聲對環(huán)境的影響更為嚴(yán)重，而高速列車通過隧道或兩列高鐵在隧道內(nèi)交匯時產(chǎn)生的混響噪聲及由此產(chǎn)生的震動具有相當(dāng)強(qiáng)的破壞力，如不有效控制，將可能成為高鐵的一大發(fā)展障礙。為了降低高速列車的噪聲污染，必須在經(jīng)過人口密集區(qū)的鐵路兩側(cè)及隧道內(nèi)設(shè)置屏障。超輕開孔泡沫鋁的主要功能之一是吸聲，而且該性能可通過改變孔型或聲結(jié)構(gòu)調(diào)整。此外，泡沫鋁還具有良好的防腐、耐氣候和加工性能，因此是野外聲屏障的良好吸聲材料。