Vagony vysokorychlostních vlaků jsou svařovány pomocí hliníkových materiálů. Některé vysokorychlostní vlakové tratě procházejí mrazivými oblastmi s teplotami až minus 30 až 40 stupňů Celsia. Některé nástroje, vybavení a živé zásoby na antarktických výzkumných plavidlech jsou vyrobeny z hliníkových materiálů a musí odolat teplotám až minus 60 až 70 stupňů Celsia. Čínské nákladní lodě cestující z Arktidy do Evropy také používají některá zařízení vyrobená z hliníkových materiálů a některá z nich jsou vystavena teplotám až minus 50 až 60 stupňů Celsia. Mohou normálně fungovat v takových extrémních mrazech? Žádný problém, hliníkové slitiny a hliníkové materiály se nebojí extrémního chladu ani horka.

Hliník a slitiny hliníku jsou vynikající nízkoteplotní materiály. Nevykazují nízkoteplotní křehkost jako běžná ocel nebo slitiny niklu, které vykazují výrazný pokles pevnosti a tažnosti při nízkých teplotách. Hliník a hliníkové slitiny se však liší. Nevykazují žádné stopy křehkosti při nízkých teplotách. Všechny jejich mechanické vlastnosti se s klesající teplotou výrazně zvyšují. To je nezávislé na složení materiálu, ať už se jedná o litou hliníkovou slitinu nebo tvářenou hliníkovou slitinu, slitinu práškové metalurgie nebo kompozitní materiál. Je také nezávislý na stavu materiálu, ať už ve stavu zpracovaném nebo po tepelném zpracování. Nesouvisí s procesem přípravy ingotu, ať už se vyrábí litím a válcováním nebo kontinuálním litím a válcováním. Nesouvisí to ani s procesem extrakce hliníku, včetně elektrolýzy, tepelné redukce uhlíku a chemické extrakce. To platí pro všechny úrovně čistoty, od procesního hliníku s čistotou 99,50 % až 99,79 %, vysoce čistého hliníku s čistotou 99,80 % až 99,949 %, superčistého hliníku s čistotou 99,950 % až 99,9959 %, extrémně čistého hliníku s 99,9960 % do 99,9990 % čistoty a ultra-vysoko čistý hliník s čistotou přes 99,9990 %. Zajímavé je, že dva další lehké kovy, hořčík a titan, také nevykazují křehkost při nízkých teplotách.

Mechanické vlastnosti běžně používaných hliníkových slitin pro vozy rychlovlaků a jejich vztah k teplotě jsou uvedeny v tabulce níže.

Vysokorychlostní vlakové vozy používají hliníkové materiály, jako jsou slitinové desky Al-Mg řady 5005, slitinové desky 5052, slitinové desky 5083 a profily; Desky a profily ze slitiny Al-Mg-Si řady 6061, profily ze slitiny 6N01, profily ze slitiny 6063; Desky a profily ze slitiny Al-Zn-Mg řady 7N01, profily ze slitiny 7003. Dodávají se ve standardních stavech: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Z údajů v tabulce je patrné, že mechanické vlastnosti hliníkových slitin se s klesající teplotou zvyšují. Proto je hliník vynikajícím nízkoteplotním konstrukčním materiálem vhodným pro použití v raketových nízkoteplotních palivových nádržích (kapalný vodík, kapalný kyslík), přepravních lodích na zkapalněný zemní plyn (LNG) a pobřežních nádržích, nízkoteplotních kontejnerech na chemické produkty, chladírnách , chladírenské vozy a další.

Konstrukční součásti vysokorychlostních vlaků jezdících na Zemi, včetně součástí vagónů a lokomotiv, lze všechny vyrobit pomocí stávajících hliníkových slitin. Není potřeba zkoumat novou hliníkovou slitinu pro podvozkové konstrukce provozované v mrazivých oblastech. Pokud by se však podařilo vyvinout novou slitinu 6XXX s výkonem asi o 10 % vyšším než slitina 6061 nebo slitinu 7XXX s celkovým výkonem přibližně o 8 % vyšším než slitina 7N01, byl by to významný úspěch.

Dále si proberme vývojové trendy kočárových hliníkových slitin.

V kurPronájem výroby a údržby vozů kolejových vozidel se používají slitinové desky jako 5052, 5083, 5454 a 6061 spolu s extrudovanými profily jako 5083, 6061 a 7N01. Používají se také některé novější slitiny jako 5059, 5383 a 6082. Všechny vykazují vynikající svařitelnost, přičemž svařovací dráty jsou obvykle slitiny 5356 nebo 5556. Upřednostňovanou metodou je samozřejmě svařování třením s promícháním (FSW), protože nejen zajišťuje vysokou kvalitu svařování, ale také eliminuje potřebu svařovacích drátů. Japonská slitina 7N01 se složením Mn 0,200,7 %, Mg 1,02,0% a Zn 4,0~5,0% (vše v %) našel široké použití při výrobě kolejových vozidel. Německo použilo desky ze slitiny 5005 k výrobě bočních stěn pro vysokorychlostní vozíky Trans Rapid a pro profily použilo výlisky ze slitiny 6061, 6063 a 6005. Stručně řečeno, až dosud se Čína i další země většinou držely těchto slitin pro výrobu vysokorychlostních vlaků.

Hliníkové slitiny pro vozy rychlostí 200 km/h~350 km/h

Vozové hliníkové slitiny můžeme kategorizovat na základě provozní rychlosti vlaků. Slitiny první generace se používají pro vozidla s rychlostmi pod 200 km/h a jsou konvenčními slitinami primárně používanými pro výrobu vagónů městských kolejových vozidel, jako jsou slitiny 6063, 6061 a 5083. Slitiny hliníku druhé generace jako 6N01, 5005, 6005A, 7003 a 7005 se používají pro výrobu vagónů vysokorychlostních vlaků s rychlostmi od 200 km/h do 350 km/h. Slitiny třetí generace zahrnují slitiny hliníku 6082 a skandium.

Hliníkové slitiny obsahující skandium

Scandium je jedním z nejúčinnějších zjemňovačů zrn hliníku a je považováno za základní prvek pro optimalizaci vlastností slitiny hliníku. Obsah skandia je typicky méně než 0,5 % ve slitinách hliníku a slitiny obsahující skandium se souhrnně označují jako slitiny hliníku a skandia (slitiny Al-Sc). Slitiny Al-Sc nabízejí výhody, jako je vysoká pevnost, dobrá tažnost, vynikající svařitelnost a odolnost proti korozi. Používají se v různých aplikacích, včetně lodí, leteckých vozidel, reaktorů a obranných zařízení, což z nich dělá novou generaci hliníkových slitin vhodných pro konstrukce železničních vozidel.

Hliníková pěna

Vysokorychlostní vlaky se vyznačují lehkým zatížením nápravy, častým zrychlováním a zpomalováním a přetíženými provozy, které vyžadují co možná nejlehčí konstrukci vozu a zároveň splňují požadavky na pevnost, tuhost, bezpečnost a pohodlí. Je zřejmé, že vysoká měrná pevnost, specifický modul a vysoké tlumicí vlastnosti ultralehké hliníkové pěny jsou v souladu s těmito požadavky. Zahraniční výzkumy a hodnocení aplikace hliníkové pěny ve vysokorychlostních vlacích ukázaly, že ocelové trubky plněné hliníkovou pěnou mají o 35 % až 40 % vyšší schopnost absorpce energie než prázdné trubky a 40 % až 50 % zvýšení pevnosti v ohybu. Díky tomu jsou nosné sloupky a přepážky robustnější a méně náchylné ke zhroucení. Použití hliníkové pěny pro absorpci energie v přední nárazníkové zóně lokomotivy zvyšuje schopnost tlumení nárazů. Sendvičové panely vyrobené z hliníkové pěny o tloušťce 10 mm a tenkých hliníkových plechů jsou o 50 % lehčí než originální ocelové pláty a zároveň zvyšují tuhost 8krát.