واگن های قطار سریع السیر با استفاده از مواد آلومینیومی جوش داده می شوند. برخی از خطوط قطار سریع السیر از مناطق سرد با دمای منفی 30 تا 40 درجه سانتیگراد عبور می کنند. برخی از ابزار، تجهیزات و لوازم زندگی در کشتی‌های تحقیقاتی قطب جنوب از مواد آلومینیومی ساخته شده‌اند و باید در دمای منفی 60 تا 70 درجه سانتی‌گراد مقاومت کنند. کشتی های باری چینی که از قطب شمال به اروپا سفر می کنند نیز از برخی تجهیزات ساخته شده از مواد آلومینیومی استفاده می کنند و برخی از آنها در معرض دمای منفی 50 تا 60 درجه سانتیگراد قرار دارند. آیا آنها می توانند به طور معمول در چنین سرمای شدید عمل کنند؟ مشکلی نیست، آلیاژهای آلومینیوم و مواد آلومینیوم از سرما یا گرمای شدید ترسی ندارند.

آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم مواد عالی در دمای پایین هستند. آنها شکنندگی در دمای پایین مانند فولاد معمولی یا آلیاژهای نیکل را نشان نمی دهند که در دماهای پایین کاهش قابل توجهی در استحکام و شکل پذیری نشان می دهند. با این حال، آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم متفاوت است. آنها هیچ اثری از شکنندگی در دمای پایین نشان نمی دهند. تمام خواص مکانیکی آنها با کاهش دما به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این مستقل از ترکیب مواد است، چه آلیاژ آلومینیوم ریخته‌گری یا آلیاژ آلومینیوم فرفورژه، آلیاژ متالورژی پودر یا مواد کامپوزیت. همچنین مستقل از حالت ماده است، چه در حالت پردازش شده باشد و چه پس از عملیات حرارتی. ربطی به فرآیند آماده‌سازی شمش ندارد، چه با ریخته‌گری و نورد یا ریخته‌گری و نورد پیوسته تولید شود. همچنین با فرآیند استخراج آلومینیوم، از جمله الکترولیز، احیای حرارتی کربن و استخراج شیمیایی ارتباطی ندارد. این برای تمام سطوح خلوص صدق می کند، از آلومینیوم فرآیند با خلوص 99.50٪ تا 99.79٪، آلومینیوم با خلوص بالا با خلوص 99.80٪ تا 99.949٪، آلومینیوم فوق خلوص با 99.950٪ تا 99.9959٪ خلوص خلوص 99.99٪ با خلوص 99.99٪ با خلوص شدید آلومینیوم به خلوص 99.9990٪ و آلومینیوم با خلوص فوق العاده بالا با خلوص بیش از 99.9990٪. جالب توجه است، دو فلز سبک دیگر، منیزیم و تیتانیوم، نیز شکنندگی در دمای پایین را از خود نشان نمی دهند.

خواص مکانیکی آلیاژهای آلومینیومی که معمولاً برای واگن‌های قطار سریع‌السیر استفاده می‌شوند و رابطه آنها با دما در جدول زیر نشان داده شده است.

واگن های قطار سریع السیر از مواد آلومینیومی مانند صفحات آلیاژی سری Al-Mg 5005، صفحات آلیاژی 5052، صفحات آلیاژی 5083 و پروفیل ها استفاده می کنند. صفحات و پروفیل های آلیاژی 6061 سری Al-Mg-Si، پروفیل های آلیاژی 6N01، پروفیل های آلیاژی 6063; صفحات و پروفیل های آلیاژی Al-Zn-Mg سری 7N01 پروفیل آلیاژی 7003. آنها در حالت های استاندارد وجود دارند: O، H14، H18، H112، T4، T5، T6.

از داده های جدول، مشهود است که خواص مکانیکی آلیاژهای آلومینیوم با کاهش دما افزایش می یابد. بنابراین، آلومینیوم یک ماده ساختاری عالی با دمای پایین مناسب برای استفاده در مخازن سوخت موشک با دمای پایین (هیدروژن مایع، اکسیژن مایع)، کشتی‌های حمل و نقل گاز طبیعی مایع (LNG) و مخازن خشکی، ظروف محصولات شیمیایی با دمای پایین، ذخیره‌سازی سرد است. ، کامیون های یخچال دار و موارد دیگر.

اجزای ساختاری قطارهای پرسرعتی که روی زمین حرکت می کنند، از جمله اجزای واگن و لوکوموتیو، همگی می توانند با استفاده از آلیاژهای آلومینیوم موجود ساخته شوند. نیازی به تحقیق در مورد آلیاژ آلومینیوم جدید برای سازه های کالسکه که در مناطق سردسیر کار می کنند وجود ندارد. با این حال، اگر یک آلیاژ جدید 6XXX با عملکرد حدود 10 درصد بالاتر از آلیاژ 6061 یا یک آلیاژ 7XXX با عملکرد کلی تقریباً 8 درصد بالاتر از آلیاژ 7N01 ساخته شود، این یک دستاورد قابل توجه خواهد بود.

در مرحله بعد، بیایید روند توسعه آلیاژهای آلومینیوم کالسکه را مورد بحث قرار دهیم.

در مسیربرای اجاره و نگهداری واگن های وسایل نقلیه ریلی از صفحات آلیاژی مانند 5052، 5083، 5454 و 6061 به همراه پروفیل های اکسترود شده مانند 5083، 6061 و 7N01 استفاده می شود. برخی از آلیاژهای جدیدتر مانند 5059، 5383 و 6082 نیز در حال استفاده هستند. همه آنها جوش پذیری عالی را نشان می دهند، با سیم های جوش معمولاً آلیاژهای 5356 یا 5556. البته، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW) روش ترجیحی است، زیرا نه تنها کیفیت جوشکاری بالا را تضمین می کند، بلکه نیاز به سیم جوش را نیز بی نیاز می کند. آلیاژ 7N01 ژاپن با ترکیب منگنز 0.200.7٪، Mg 1.02.0% و Zn 4.0 ~ 5.0% (همه در %)، کاربرد گسترده ای در ساخت وسایل نقلیه ریلی پیدا کرده است. آلمان از صفحات آلیاژی 5005 برای تولید دیواره های جانبی برای واگن های سریع ترانس استفاده کرد و از اکستروژن های آلیاژی 6061، 6063 و 6005 برای پروفیل ها استفاده کرد. به طور خلاصه، تا به حال، هم چین و هم سایر کشورها عمدتاً به این آلیاژها برای ساخت قطارهای سریع السیر پایبند بوده اند.

آلیاژهای آلومینیوم برای کالسکه با سرعت 200 کیلومتر در ساعت ~ 350 کیلومتر در ساعت

ما می توانیم آلیاژهای آلومینیوم واگن را بر اساس سرعت عملیاتی قطارها دسته بندی کنیم. آلیاژهای نسل اول برای وسایل نقلیه با سرعت کمتر از 200 کیلومتر در ساعت استفاده می شوند و آلیاژهای معمولی هستند که عمدتاً برای تولید واگن های وسایل نقلیه ریلی شهری مانند آلیاژهای 6063، 6061 و 5083 استفاده می شوند. آلیاژهای آلومینیوم نسل دوم مانند 6N01، 5005، 6005A، 7003 و 7005 برای ساخت واگن قطارهای پرسرعت با سرعت های 200 کیلومتر در ساعت تا 350 کیلومتر در ساعت استفاده می شوند. آلیاژهای نسل سوم شامل 6082 و آلیاژهای آلومینیوم حاوی اسکاندیم است.

آلیاژهای آلومینیوم حاوی اسکاندیم

اسکاندیم یکی از موثرترین تصفیه کننده های غلات برای آلومینیوم است و یک عنصر ضروری برای بهینه سازی خواص آلیاژ آلومینیوم در نظر گرفته می شود. محتوای اسکاندیم معمولاً کمتر از 0.5٪ در آلیاژهای آلومینیوم است و آلیاژهای حاوی اسکاندیم در مجموع به عنوان آلیاژهای آلومینیوم-اسکاندیم (آلیاژهای Al-Sc) نامیده می شوند. آلیاژهای Al-Sc دارای مزایایی مانند استحکام بالا، شکل پذیری خوب، جوش پذیری عالی و مقاومت در برابر خوردگی هستند. آنها در کاربردهای مختلفی از جمله کشتی‌ها، وسایل نقلیه هوافضا، راکتورها و تجهیزات دفاعی مورد استفاده قرار می‌گیرند و آنها را به نسل جدیدی از آلیاژهای آلومینیومی مناسب برای ساختار وسایل نقلیه راه‌آهن تبدیل می‌کنند.

فوم آلومینیوم

قطارهای پرسرعت با بارهای محوری سبک، شتاب و کاهش مکرر، و عملیات بارگذاری بیش از حد مشخص می‌شوند، که نیاز دارند ساختار واگن تا حد امکان سبک باشد در حالی که الزامات استحکام، صلبیت، ایمنی و راحتی را برآورده می‌کند. واضح است که استحکام ویژه بالا، مدول خاص و ویژگی های میرایی بالا فوم آلومینیوم فوق سبک با این الزامات مطابقت دارد. تحقیقات خارجی و ارزیابی کاربرد فوم آلومینیوم در قطارهای سریع السیر نشان داده است که لوله های فولادی پر شده با فوم آلومینیومی 35 تا 40 درصد قابلیت جذب انرژی بالاتری نسبت به لوله های خالی و 40 تا 50 درصد افزایش مقاومت خمشی دارند. این باعث می شود که ستون ها و پارتیشن های کالسکه استحکام بیشتری داشته باشند و کمتر در معرض فرو ریختن قرار گیرند. استفاده از فوم آلومینیومی برای جذب انرژی در ناحیه بافر جلویی لوکوموتیو قابلیت جذب ضربه را افزایش می دهد. ساندویچ پانل های ساخته شده از فوم آلومینیومی به ضخامت 10 میلی متر و ورق های آلومینیومی نازک 50 درصد سبک تر از صفحات فولادی اصلی هستند در حالی که سفتی را تا 8 برابر افزایش می دهند.