Вагоните на високоскоростния влак са заварени с алуминиеви материали. Някои високоскоростни влакови линии преминават през хладни региони с ниски температури от минус 30 до 40 градуса по Целзий. Някои инструменти, оборудване и жизнени принадлежности на антарктическите изследователски кораби са направени от алуминиеви материали и трябва да издържат на ниски температури от минус 60 до 70 градуса по Целзий. Китайските товарни кораби, пътуващи от Арктика към Европа, също използват част от оборудването, изработено от алуминиеви материали, а част от тях са изложени на ниски температури от минус 50 до 60 градуса по Целзий. Могат ли да работят нормално при такъв силен студ? Няма проблем, алуминиевите сплави и алуминиевите материали не се страхуват от силен студ или топлина.

Алуминият и алуминиевите сплави са отлични нискотемпературни материали. Те не проявяват крехкост при ниска температура като обикновената стомана или никелови сплави, които показват значително намаляване на якостта и пластичността при ниски температури. Алуминият и алуминиевите сплави обаче са различни. Те не показват никаква следа от крехкост при ниски температури. Всички техни механични свойства се увеличават значително с понижаване на температурата. Това не зависи от състава на материала, независимо дали е лята алуминиева сплав или кована алуминиева сплав, сплав от прахова металургия или композитен материал. Той също така е независим от състоянието на материала, независимо дали е в обработено състояние или след топлинна обработка. Това не е свързано с процеса на подготовка на блока, независимо дали е произведен чрез леене и валцуване или непрекъснато леене и валцуване. Освен това не е свързано с процеса на извличане на алуминий, включително електролиза, термична редукция на въглерод и химическо извличане. Това се отнася за всички нива на чистота, от обработен алуминий с 99,50% до 99,79% чистота, алуминий с висока чистота с 99,80% до 99,949% чистота, алуминий със свръхчистота с 99,950% до 99,9959% чистота, алуминий с изключителна чистота с 99,9960% до 99,9990% чистота и алуминий с ултрависока чистота с над 99,9990% чистота. Интересно е, че два други леки метала, магнезий и титан, също не показват крехкост при ниски температури.

Механичните свойства на често използвани алуминиеви сплави за вагони на високоскоростни влакове и връзката им с температурата са показани в таблицата по-долу.

Вагоните за високоскоростни влакове използват алуминиеви материали като плочи от сплав Al-Mg серия 5005, плочи от сплав 5052, плочи от сплав 5083 и профили; Al-Mg-Si серия 6061 легирани плочи и профили, профили от сплави 6N01, профили от сплави 6063; Плочи и профили от сплав Al-Zn-Mg серия 7N01, профили от сплав 7003. Предлагат се в стандартни състояния: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

От данните в таблицата е видно, че механичните свойства на алуминиевите сплави се увеличават с понижаване на температурата. Следователно алуминият е отличен нискотемпературен конструктивен материал, подходящ за използване в резервоари за ракетно нискотемпературно гориво (течен водород, течен кислород), кораби за транспортиране на втечнен природен газ (LNG) и резервоари на сушата, контейнери за нискотемпературни химически продукти, хладилни складове , хладилни камиони и др.

Структурните компоненти на високоскоростните влакове, движещи се на Земята, включително компонентите на вагоните и локомотивите, могат да бъдат произведени с помощта на съществуващи алуминиеви сплави. Няма нужда да се изследва нова алуминиева сплав за каретни конструкции, работещи в хладни региони. Въпреки това, ако може да бъде разработена нова сплав 6XXX с производителност около 10% по-висока от сплав 6061 или сплав 7XXX с обща производителност приблизително 8% по-висока от сплав 7N01, това би било значително постижение.

След това нека обсъдим тенденциите на развитие на алуминиевите сплави за каретки.

В крза производство под наем и поддръжка на вагони за релсови превозни средства се използват плочи от сплав като 5052, 5083, 5454 и 6061, заедно с екструдирани профили като 5083, 6061 и 7N01. Някои по-нови сплави като 5059, 5383 и 6082 също се прилагат. Всички те показват отлична заваряемост, като заваръчните телове обикновено са от сплави 5356 или 5556. Разбира се, заваряването с разбъркване чрез триене (FSW) е предпочитаният метод, тъй като не само осигурява високо качество на заваряване, но и елиминира нуждата от заваръчни телове. Японска сплав 7N01 със състав Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0% и Zn 4,0~5,0% (всички в %), е намерил широко приложение в производството на релсови превозни средства. Германия използва плочи от сплав 5005 за производството на странични стени за високоскоростни вагони Trans Rapid и използва екструзии от сплав 6061, 6063 и 6005 за профили. В обобщение, досега както Китай, така и други страни са се придържали предимно към тези сплави за производството на високоскоростни влакове.

Алуминиеви сплави за вагони при 200 км/ч ~ 350 км/ч

Можем да категоризираме вагонните алуминиеви сплави въз основа на оперативната скорост на влаковете. Сплавите от първо поколение се използват за превозни средства със скорости под 200 км/ч и са конвенционални сплави, използвани предимно за производство на вагони за градски релсови превозни средства, като сплави 6063, 6061 и 5083. Алуминиеви сплави от второ поколение като 6N01, 5005, 6005A, 7003 и 7005 се използват за производството на вагони на високоскоростни влакове със скорости от 200 км/ч до 350 км/ч. Сплавите от трето поколение включват 6082 и алуминиеви сплави, съдържащи скандий.

Алуминиеви сплави, съдържащи скандий

Скандият е един от най-ефективните рафинери на зърно за алуминий и се счита за основен елемент за оптимизиране на свойствата на алуминиевата сплав. Съдържанието на скандий обикновено е по-малко от 0,5% в алуминиевите сплави, а сплавите, съдържащи скандий, се наричат ​​общо алуминиево-скандиеви сплави (Al-Sc сплави). Al-Sc сплавите предлагат предимства като висока якост, добра пластичност, отлична заваряемост и устойчивост на корозия. Те се използват в различни приложения, включително кораби, аерокосмически превозни средства, реактори и отбранително оборудване, което ги прави ново поколение алуминиеви сплави, подходящи за конструкции на железопътни превозни средства.

Алуминиева пяна

Високоскоростните влакове се характеризират с леко натоварване на осите, често ускоряване и забавяне и претоварени операции, които изискват конструкцията на вагона да бъде възможно най-лека, като същевременно отговаря на изискванията за здравина, твърдост, безопасност и комфорт. Ясно е, че високата специфична якост, специфичният модул и високите характеристики на затихване на ултра-леката алуминиева пяна отговарят на тези изисквания. Чуждестранни изследвания и оценка на приложението на алуминиева пяна във високоскоростни влакове показват, че пълните с алуминиева пяна стоманени тръби имат 35% до 40% по-висока способност за абсорбиране на енергия от празните тръби и 40% до 50% увеличение на якостта на огъване. Това прави стълбовете и преградите на каретата по-здрави и по-малко склонни към срутване. Използването на алуминиева пяна за абсорбиране на енергия в предната буферна зона на локомотива подобрява възможностите за абсорбиране на удар. Сандвич панелите, изработени от алуминиева пяна с дебелина 10 mm и тънки алуминиеви листове, са 50% по-леки от оригиналните стоманени плочи, като същевременно увеличават твърдостта с 8 пъти.