Вагоны хуткасных цягнікоў звараны з алюмініевых матэрыялаў. Некаторыя лініі высакахуткасных цягнікоў праходзяць праз марозныя рэгіёны з тэмпературай ад мінус 30 да 40 градусаў Цэльсія. Некаторыя прыборы, абсталяванне і бытавыя прыналежнасці на даследчых судах Антарктыкі зроблены з алюмініевых матэрыялаў і павінны вытрымліваць нізкія тэмпературы ад мінус 60 да 70 градусаў Цэльсія. Кітайскія грузавыя караблі, якія накіроўваюцца з Арктыкі ў Еўропу, таксама выкарыстоўваюць некаторае абсталяванне, зробленае з алюмініевых матэрыялаў, і некаторыя з іх падвяргаюцца ўздзеянню тэмператур ад мінус 50 да 60 градусаў Цэльсія. Ці могуць яны нармальна працаваць у такі моцны мароз? Не бяда, алюмініевыя сплавы і алюмініевыя матэрыялы не баяцца ні моцнага холаду, ні спякоты.

Алюміній і алюмініевыя сплавы - выдатныя нізкатэмпературныя матэрыялы. Яны не праяўляюць нізкатэмпературнай далікатнасці, як звычайная сталь або нікелевыя сплавы, якія дэманструюць значнае зніжэнне трываласці і пластычнасці пры нізкіх тэмпературах. Аднак алюміній і алюмініевыя сплавы адрозніваюцца. Яны не дэманструюць ніякіх прыкмет нізкатэмпературнай далікатнасці. Усе іх механічныя ўласцівасці значна ўзрастаюць па меры паніжэння тэмпературы. Гэта не залежыць ад складу матэрыялу, няхай гэта будзе літой алюмініевы сплаў або каваны алюмініевы сплаў, сплаў парашковай металургіі або кампазітны матэрыял. Ён таксама не залежыць ад стану матэрыялу, ці знаходзіцца ён у апрацаваным стане або пасля тэрмаапрацоўкі. Гэта не звязана з працэсам падрыхтоўкі злітка, незалежна ад таго, вырабляецца ён метадам ліцця і пракаткі або бесперапыннага ліцця і пракаткі. Гэта таксама не звязана з працэсам здабычы алюмінію, уключаючы электроліз, тэрмічнае аднаўленне вугляроду і хімічную экстракцыю. Гэта адносіцца да ўсіх узроўняў чысціні: ад тэхналагічнага алюмінія з чысцінёй ад 99,50% да 99,79%, алюмінія высокай чысціні з чысцінёй ад 99,80% да 99,949%, алюмінія звышчысціні з чысцінёй ад 99,950% да 99,9959%, ​​алюмінія асаблівай чысціні з чысцінёй 99,9960%. да 99,9990% чысціні і звышвысокай чысціні алюмінія з больш чым 99,9990% чысціні. Цікава, што два іншых лёгкіх металу, магній і тытан, таксама не праяўляюць далікатнасці пры нізкіх тэмпературах.

Механічныя ўласцівасці алюмініевых сплаваў, якія звычайна выкарыстоўваюцца для вагонаў высакахуткасных цягнікоў, і іх залежнасць ад тэмпературы паказаны ў табліцы ніжэй.

У вагонах высакахуткасных цягнікоў выкарыстоўваюцца алюмініевыя матэрыялы, такія як пласціны са сплаву Al-Mg серыі 5005, пласціны са сплаву 5052, пласціны са сплаву 5083 і профілі; Пліты і профілі са сплаву Al-Mg-Si серыі 6061, профілі са сплаву 6N01, профілі са сплаву 6063; Пліты і профілі са сплаву Al-Zn-Mg серыі 7N01, профілі са сплаву 7003. Яны бываюць стандартных станаў: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

З дадзеных табліцы відаць, што механічныя ўласцівасці алюмініевых сплаваў павялічваюцца з паніжэннем тэмпературы. Такім чынам, алюміній з'яўляецца выдатным нізкатэмпературным канструкцыйным матэрыялам, прыдатным для выкарыстання ў баках ракетнага нізкатэмпературнага паліва (вадкі вадарод, вадкі кісларод), караблях і наземных танках для транспарціроўкі звадкаванага прыроднага газу (СПГ), кантэйнерах для нізкатэмпературных хімічных прадуктаў, халадзільных камерах. , рэфрыжэратары і многае іншае.

Канструктыўныя кампаненты высакахуткасных цягнікоў, якія курсіруюць на Зямлі, у тым ліку кампаненты вагонаў і лакаматываў, могуць быць выраблены з існуючых алюмініевых сплаваў. Няма неабходнасці даследаваць новы алюмініевы сплаў для канструкцый вагонаў, якія працуюць у марозных рэгіёнах. Тым не менш, калі ўдасца распрацаваць новы сплаў 6ХХХ з прадукцыйнасцю прыкладна на 10% вышэй, чым у сплаву 6061, або сплаў 7ХХХ з агульнай прадукцыйнасцю прыкладна на 8% вышэй, чым у сплаву 7N01, гэта было б значным дасягненнем.

Далей абмяркуем тэндэнцыі развіцця вагонных алюмініевых сплаваў.

У курдля вытворчасці і тэхнічнага абслугоўвання чыгуначных вагонаў выкарыстоўваюцца пліты са сплаву, такія як 5052, 5083, 5454 і 6061, а таксама экструдаваныя профілі, такія як 5083, 6061 і 7N01. Некаторыя новыя сплавы, такія як 5059, 5383 і 6082, таксама прымяняюцца. Усе яны дэманструюць выдатную зварвальнасць, прычым зварачны дрот звычайна складаецца са сплаваў 5356 або 5556. Безумоўна, зварка трэннем з перамешваннем (FSW) з'яўляецца пераважным метадам, паколькі яна не толькі забяспечвае высокую якасць зваркі, але і пазбаўляе ад неабходнасці выкарыстання зварачных дротаў. Японскі сплаў 7N01 са складам Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0% і Zn 4,0~5,0% (усё ў %), знайшоў шырокае прымяненне ў вытворчасці чыгуначных транспартных сродкаў. Германія выкарыстоўвала пласціны са сплаву 5005 для вытворчасці бакавін для высакахуткасных калясак Trans Rapid і выкарыстоўвала экструзіі са сплаву 6061, 6063 і 6005 для профіляў. Такім чынам, да гэтага часу і Кітай, і іншыя краіны ў асноўным прытрымліваліся гэтых сплаваў для вытворчасці высакахуткасных цягнікоў.

Алюмініевыя сплавы для вагонаў на хуткасці 200 км/г ~ 350 км/г

Мы можам класіфікаваць вагонныя алюмініевыя сплавы ў залежнасці ад хуткасці руху цягнікоў. Сплавы першага пакалення выкарыстоўваюцца для транспартных сродкаў са хуткасцямі ніжэй за 200 км/г і з'яўляюцца звычайнымі сплавамі, якія ў асноўным выкарыстоўваюцца для вытворчасці вагонаў гарадскіх чыгуначных транспартных сродкаў, такіх як сплавы 6063, 6061 і 5083. Алюмініевыя сплавы другога пакалення марак 6N01, 5005, 6005A, 7003 і 7005 выкарыстоўваюцца для вырабу вагонаў хуткасных цягнікоў з хуткасцю ад 200 км/г да 350 км/г. Да сплаваў трэцяга пакалення адносяцца 6082 і алюмініевыя сплавы, якія змяшчаюць скандый.

Алюмініевыя сплавы, якія змяшчаюць скандый

Скандый з'яўляецца адным з найбольш эфектыўных ачышчальнікаў алюмінія і лічыцца важным элементам для аптымізацыі ўласцівасцей алюмініевага сплаву. У алюмініевых сплавах утрыманне скандыю звычайна складае менш за 0,5 %, а сплавы, якія змяшчаюць скандый, разам называюцца алюмініева-скандыйнымі сплавамі (Al-Sc). Сплавы Al-Sc маюць такія перавагі, як высокая трываласць, добрая пластычнасць, выдатная зварвальнасць і ўстойлівасць да карозіі. Яны выкарыстоўваюцца ў розных сферах прымянення, уключаючы караблі, аэракасмічныя транспартныя сродкі, рэактары і абароннае абсталяванне, што робіць іх новым пакаленнем алюмініевых сплаваў, прыдатных для канструкцый чыгуначных транспартных сродкаў.

Алюмініевая пена

Для высакахуткасных цягнікоў характэрныя невялікія нагрузкі на восі, частыя разгоны і запаволенні, а таксама перагрузачныя аперацыі, якія патрабуюць, каб канструкцыя вагона была як мага больш лёгкай, пры гэтым адпавядаючы патрабаванням трываласці, калянасці, бяспекі і камфорту. Відавочна, што высокая ўдзельная трываласць, удзельны модуль і высокія характарыстыкі дэмпфавання звышлёгкай алюмініевай пены адпавядаюць гэтым патрабаванням. Замежныя даследаванні і ацэнка прымянення алюмініевай пены ў высакахуткасных цягніках паказалі, што стальныя трубы, напоўненыя алюмініевай пенай, маюць на 35-40% большую здольнасць паглынаць энергію, чым пустыя трубы, і павялічваюць трываласць на выгіб на 40-50%. Гэта робіць вагонныя стойкі і перагародкі больш трывалымі і менш схільнымі да разбурэння. Выкарыстанне алюмініевай пены для паглынання энергіі ў пярэдняй буфернай зоне лакаматыва павышае магчымасці паглынання ўдару. Сэндвіч-панэлі з успененага алюмінія таўшчынёй 10 мм і тонкіх алюмініевых лістоў на 50% лягчэйшыя за арыгінальныя сталёвыя пласціны, павялічваючы калянасць у 8 разоў.