Els vagons de tren d'alta velocitat es solden amb materials d'alumini. Algunes línies de tren d'alta velocitat passen per regions fredes amb temperatures tan baixes com entre -30 i 40 graus centígrads. Alguns instruments, equips i subministraments de vida dels vaixells d'investigació antàrtics estan fets de materials d'alumini i han de suportar temperatures tan baixes com entre -60 i 70 graus centígrads. Els vaixells de càrrega xinesos que viatgen de l'Àrtic a Europa també utilitzen alguns equips fets amb materials d'alumini, i alguns d'ells estan exposats a temperatures tan baixes com entre -50 i 60 graus centígrads. Poden funcionar normalment amb un fred tan extrem? Cap problema, els aliatges d'alumini i els materials d'alumini no tenen por del fred o la calor extrems.

L'alumini i els aliatges d'alumini són excel·lents materials de baixa temperatura. No presenten fragilitat a baixa temperatura com l'acer normal o els aliatges de níquel, que mostren una disminució significativa de la resistència i la ductilitat a baixes temperatures. Tanmateix, l'alumini i els aliatges d'alumini són diferents. No presenten cap rastre de fragilitat a baixa temperatura. Totes les seves propietats mecàniques augmenten significativament a mesura que disminueix la temperatura. Això és independent de la composició del material, ja sigui un aliatge d'alumini fos o un aliatge d'alumini forjat, un aliatge de metal·lúrgia en pols o un material compost. També és independent de l'estat del material, tant si es troba en estat processat com després d'un tractament tèrmic. No té relació amb el procés de preparació del lingot, tant si es produeix per fosa i laminació com si es produeix per fosa i laminació contínua. Tampoc no està relacionat amb el procés d'extracció d'alumini, inclosa l'electròlisi, la reducció tèrmica del carboni i l'extracció química. Això s'aplica a tots els nivells de puresa, des de l'alumini de procés amb una puresa del 99,50% al 99,79%, alumini d'alta puresa amb una puresa del 99,80% al 99,949%, alumini de gran puresa amb un 99,950% a 99,9959% de puresa, alumini de puresa extrema 60% fins al 99,9990% de puresa i alumini d'alta puresa amb una puresa superior al 99,9990%. Curiosament, altres dos metalls lleugers, el magnesi i el titani, tampoc presenten fragilitat a baixa temperatura.

A la taula següent es mostren les propietats mecàniques dels aliatges d'alumini d'ús habitual per als vagons de tren d'alta velocitat i la seva relació amb la temperatura.

Els vagons de tren d'alta velocitat utilitzen materials d'alumini com ara plaques d'aliatge de la sèrie Al-Mg 5005, plaques d'aliatge 5052, plaques d'aliatge 5083 i perfils; Plaques i perfils d'aliatge de la sèrie Al-Mg-Si 6061, perfils d'aliatge 6N01, perfils d'aliatge 6063; Plaques i perfils d'aliatge Al-Zn-Mg sèrie 7N01, perfils d'aliatge 7003. Venen en estats estàndard: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

A partir de les dades de la taula, és evident que les propietats mecàniques dels aliatges d'alumini augmenten a mesura que disminueix la temperatura. Per tant, l'alumini és un excel·lent material estructural a baixa temperatura adequat per al seu ús en dipòsits de combustible a baixa temperatura de coets (hidrogen líquid, oxigen líquid), vaixells de transport de gas natural liquat (GNL) i dipòsits a terra, contenidors de productes químics a baixa temperatura, emmagatzematge en fred. , camions refrigerats i molt més.

Els components estructurals dels trens d'alta velocitat que circulen per la Terra, inclosos els components del vagó i de les locomotores, es poden fabricar amb aliatges d'alumini existents. No cal investigar un nou aliatge d'alumini per a estructures de carro que operen en regions fredes. Tanmateix, si es pogués desenvolupar un aliatge nou 6XXX amb un rendiment aproximadament un 10% superior al de l'aliatge 6061 o un aliatge 7XXX amb un rendiment global aproximadament un 8% superior al de l'aliatge 7N01, seria un assoliment important.

A continuació, parlem de les tendències de desenvolupament dels aliatges d'alumini de carro.

En el curlloguer de fabricació i manteniment de vagons de vehicles ferroviaris, s'utilitzen plaques d'aliatge com 5052, 5083, 5454 i 6061, juntament amb perfils extruïts com 5083, 6061 i 7N01. També s'estan aplicant alguns aliatges més nous com el 5059, 5383 i 6082. Tots presenten una excel·lent soldabilitat, amb filferros de soldadura que solen ser aliatges 5356 o 5556. Per descomptat, la soldadura amb agitació per fricció (FSW) és el mètode preferit, ja que no només garanteix una alta qualitat de soldadura, sinó que també elimina la necessitat de filferros de soldadura. Aliatge 7N01 del Japó, amb la seva composició de Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0% i Zn 4,0 ~ 5,0% (tot en %), ha trobat un ús generalitzat en la fabricació de vehicles ferroviaris. Alemanya va utilitzar plaques d'aliatge 5005 per produir parets laterals per a carros Trans Rapid d'alta velocitat i va emprar extrusions d'aliatge 6061, 6063 i 6005 per als perfils. En resum, fins ara, tant la Xina com altres països s'han adherit principalment a aquests aliatges per a la fabricació de trens d'alta velocitat.

Aliatges d'alumini per a carruatges a 200km/h~350km/h

Podem categoritzar els aliatges d'alumini de vagons en funció de la velocitat operativa dels trens. Els aliatges de primera generació s'utilitzen per a vehicles amb velocitats inferiors a 200 km/h i són aliatges convencionals que s'utilitzen principalment per a la fabricació de vagons de vehicles ferroviaris urbans, com els aliatges 6063, 6061 i 5083. Els aliatges d'alumini de segona generació com 6N01, 5005, 6005A, 7003 i 7005 s'utilitzen per a la fabricació de vagons de trens d'alta velocitat amb velocitats que van des dels 200 km/h fins als 350 km/h. Els aliatges de tercera generació inclouen 6082 i aliatges d'alumini que contenen escandi.

Aliatges d'alumini que contenen escandi

L'escandi és un dels refinadors de gra més efectius per a l'alumini i es considera un element essencial per optimitzar les propietats de l'aliatge d'alumini. El contingut d'escandi sol ser inferior al 0,5% als aliatges d'alumini, i els aliatges que contenen escandi s'anomenen col·lectivament aliatges d'alumini-escandi (aliatges Al-Sc). Els aliatges Al-Sc ofereixen avantatges com ara alta resistència, bona ductilitat, excel·lent soldabilitat i resistència a la corrosió. S'estan utilitzant en diverses aplicacions, com ara vaixells, vehicles aeroespacials, reactors i equips de defensa, cosa que els converteix en una nova generació d'aliatges d'alumini adequats per a estructures de vehicles ferroviaris.

Escuma d'alumini

Els trens d'alta velocitat es caracteritzen per càrregues per eixos lleugeres, acceleracions i desacceleracions freqüents i operacions sobrecarregades, que requereixen que l'estructura del vagó sigui el més lleugera possible, alhora que compleix els requisits de resistència, rigidesa, seguretat i comoditat. És evident que l'alta resistència específica de l'escuma d'alumini ultralleugera, el mòdul específic i les característiques d'amortiment elevats s'alineen amb aquests requisits. La investigació i l'avaluació estrangeres de l'aplicació d'escuma d'alumini en trens d'alta velocitat han demostrat que els tubs d'acer farcits d'escuma d'alumini tenen una capacitat d'absorció d'energia del 35% al ​​40% més alta que els tubs buits i un augment del 40% al 50% de la resistència a la flexió. Això fa que els pilars i les particions del carro siguin més robusts i menys propensos a col·lapsar-se. L'ús d'escuma d'alumini per a l'absorció d'energia a la zona d'amortiment davantera de la locomotora millora les capacitats d'absorció d'impactes. Els panells sandvitx fets d'escuma d'alumini de 10 mm de gruix i làmines fines d'alumini són un 50% més lleugers que les plaques d'acer originals alhora que augmenten la rigidesa 8 vegades.