Los vagones de tren de alta velocidad están soldados con materiales de aluminio. Algunas líneas de trenes de alta velocidad pasan por regiones gélidas con temperaturas de entre 30 y 40 grados centígrados bajo cero. Algunos instrumentos, equipos y suministros de vida a bordo de los buques de investigación antárticos están fabricados con materiales de aluminio y deben soportar temperaturas tan bajas como -60 a 70 grados centígrados. Los buques de carga chinos que viajan desde el Ártico a Europa también utilizan algunos equipos fabricados con materiales de aluminio, y algunos de ellos están expuestos a temperaturas tan bajas como -50 a 60 grados centígrados. ¿Pueden funcionar normalmente en un frío tan extremo? No hay problema, las aleaciones de aluminio y los materiales de aluminio no temen al frío ni al calor extremos.

El aluminio y las aleaciones de aluminio son excelentes materiales de baja temperatura. No presentan fragilidad a bajas temperaturas como el acero ordinario o las aleaciones de níquel, que muestran una disminución significativa de su resistencia y ductilidad a bajas temperaturas. Sin embargo, el aluminio y las aleaciones de aluminio son diferentes. No presentan ningún rastro de fragilidad a bajas temperaturas. Todas sus propiedades mecánicas aumentan significativamente a medida que disminuye la temperatura. Esto es independiente de la composición del material, ya sea una aleación de aluminio fundido o una aleación de aluminio forjado, una aleación de pulvimetalurgia o un material compuesto. También es independiente del estado del material, ya sea en el estado de procesamiento o después del tratamiento térmico. No tiene relación con el proceso de preparación del lingote, ya sea que se produzca mediante fundición y laminación o colada y laminación continua. Tampoco está relacionado con el proceso de extracción de aluminio, incluida la electrólisis, la reducción térmica del carbono y la extracción química. Esto se aplica a todos los niveles de pureza, desde aluminio de proceso con una pureza del 99,50% al 99,79%, aluminio de alta pureza con una pureza del 99,80% al 99,949%, aluminio superpuro con una pureza del 99,950% al 99,9959% y aluminio de pureza extrema con un 99,9960%. con una pureza del 99,9990 % y aluminio de pureza ultraalta con más del 99,9990 % de pureza. Curiosamente, otros dos metales ligeros, el magnesio y el titanio, tampoco presentan fragilidad a baja temperatura.

En la siguiente tabla se muestran las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio comúnmente utilizadas para vagones de trenes de alta velocidad y su relación con la temperatura.

Los vagones de tren de alta velocidad utilizan materiales de aluminio como placas de aleación Al-Mg serie 5005, placas de aleación 5052, placas de aleación 5083 y perfiles; Placas y perfiles de aleación Al-Mg-Si serie 6061, perfiles de aleación 6N01, perfiles de aleación 6063; Placas y perfiles de aleación Al-Zn-Mg serie 7N01, perfiles de aleación 7003. Vienen en estados estándar: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

De los datos de la tabla, es evidente que las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio aumentan a medida que disminuye la temperatura. Por lo tanto, el aluminio es un excelente material estructural de baja temperatura adecuado para su uso en tanques de combustible de baja temperatura para cohetes (hidrógeno líquido, oxígeno líquido), buques de transporte de gas natural licuado (GNL) y tanques terrestres, contenedores de productos químicos de baja temperatura, almacenamiento en frío. , camiones frigoríficos y más.

Todos los componentes estructurales de los trenes de alta velocidad que circulan por la Tierra, incluidos los componentes del vagón y de las locomotoras, pueden fabricarse utilizando aleaciones de aluminio existentes. No es necesario investigar una nueva aleación de aluminio para estructuras de carruajes que operen en regiones gélidas. Sin embargo, si se pudiera desarrollar una nueva aleación 6XXX con un rendimiento aproximadamente un 10% superior al de la aleación 6061 o una aleación 7XXX con un rendimiento general aproximadamente un 8% superior al de la aleación 7N01, sería un logro significativo.

A continuación, analicemos las tendencias de desarrollo de las aleaciones de aluminio para carros.

en el curPara la fabricación y mantenimiento de alquiler de vagones de vehículos ferroviarios, se utilizan placas de aleaciones como 5052, 5083, 5454 y 6061, además de perfiles extruidos como 5083, 6061 y 7N01. También se están aplicando algunas aleaciones más nuevas como 5059, 5383 y 6082. Todos exhiben una excelente soldabilidad, y los alambres de soldadura suelen ser aleaciones 5356 o 5556. Por supuesto, la soldadura por fricción y agitación (FSW) es el método preferido, ya que no solo garantiza una alta calidad de soldadura sino que también elimina la necesidad de alambres de soldadura. Aleación japonesa 7N01, con su composición de Mn 0,200,7%, magnesio 1,02,0% y Zn 4,0~5,0% (todo en %), ha encontrado un uso generalizado en la fabricación de vehículos ferroviarios. Alemania utilizó placas de aleación 5005 para producir paredes laterales para vagones Trans Rapid de alta velocidad y empleó extrusiones de aleaciones 6061, 6063 y 6005 para perfiles. En resumen, hasta ahora, tanto China como otros países se han adherido mayoritariamente a estas aleaciones para la fabricación de trenes de alta velocidad.

Aleaciones de aluminio para carros a 200 km/h~350 km/h

Podemos clasificar las aleaciones de aluminio de los vagones en función de la velocidad operativa de los trenes. Las aleaciones de primera generación se utilizan para vehículos con velocidades inferiores a 200 km/h y son aleaciones convencionales utilizadas principalmente para fabricar vagones de vehículos ferroviarios urbanos, como las aleaciones 6063, 6061 y 5083. Las aleaciones de aluminio de segunda generación, como 6N01, 5005, 6005A, 7003 y 7005, se utilizan para fabricar vagones de trenes de alta velocidad con velocidades que oscilan entre 200 y 350 km/h. Las aleaciones de tercera generación incluyen 6082 y aleaciones de aluminio que contienen escandio.

Aleaciones de aluminio que contienen escandio

El escandio es uno de los refinadores de grano más eficaces del aluminio y se considera un elemento esencial para optimizar las propiedades de la aleación de aluminio. El contenido de escandio suele ser inferior al 0,5% en las aleaciones de aluminio, y las aleaciones que contienen escandio se denominan colectivamente aleaciones de aluminio-escandio (aleaciones Al-Sc). Las aleaciones Al-Sc ofrecen ventajas como alta resistencia, buena ductilidad, excelente soldabilidad y resistencia a la corrosión. Se utilizan en diversas aplicaciones, incluidos barcos, vehículos aeroespaciales, reactores y equipos de defensa, lo que las convierte en una nueva generación de aleaciones de aluminio adecuadas para estructuras de vehículos ferroviarios.

Espuma de aluminio

Los trenes de alta velocidad se caracterizan por cargas livianas por eje, aceleraciones y desaceleraciones frecuentes y operaciones sobrecargadas, lo que requiere que la estructura del vagón sea lo más liviana posible y al mismo tiempo cumpla con los requisitos de resistencia, rigidez, seguridad y comodidad. Claramente, la alta resistencia específica, el módulo específico y las altas características de amortiguación de la espuma de aluminio ultraligera se alinean con estos requisitos. La investigación y la evaluación extranjeras de la aplicación de espuma de aluminio en trenes de alta velocidad han demostrado que los tubos de acero rellenos de espuma de aluminio tienen una capacidad de absorción de energía entre un 35% y un 40% mayor que los tubos vacíos y un aumento de la resistencia a la flexión entre un 40% y un 50%. Esto hace que los pilares y tabiques del carro sean más robustos y menos propensos a colapsar. El uso de espuma de aluminio para la absorción de energía en la zona de amortiguación delantera de la locomotora mejora las capacidades de absorción de impactos. Los paneles sándwich fabricados con espuma de aluminio de 10 mm de espesor y finas láminas de aluminio son un 50 % más ligeros que las placas de acero originales y aumentan su rigidez 8 veces.