Les wagons de train à grande vitesse sont soudés à l’aide de matériaux en aluminium. Certaines lignes de train à grande vitesse traversent des régions glaciales où les températures peuvent atteindre moins 30 à 40 degrés Celsius. Certains instruments, équipements et fournitures de subsistance à bord des navires de recherche en Antarctique sont fabriqués à partir de matériaux en aluminium et doivent résister à des températures aussi basses que moins 60 à 70 degrés Celsius. Les cargos chinois voyageant de l'Arctique vers l'Europe utilisent également certains équipements fabriqués à partir de matériaux en aluminium, et certains d'entre eux sont exposés à des températures aussi basses que moins 50 à 60 degrés Celsius. Peuvent-ils fonctionner normalement dans un froid aussi extrême ? Pas de problème, les alliages d’aluminium et les matériaux en aluminium ne craignent ni le froid ni la chaleur extrêmes.

L'aluminium et les alliages d'aluminium sont d'excellents matériaux à basse température. Ils ne présentent pas de fragilité à basse température comme l’acier ordinaire ou les alliages de nickel, qui présentent une diminution significative de leur résistance et de leur ductilité à basse température. Cependant, l’aluminium et les alliages d’aluminium sont différents. Ils ne présentent aucune trace de fragilité à basse température. Toutes leurs propriétés mécaniques augmentent considérablement à mesure que la température diminue. Ceci est indépendant de la composition du matériau, qu'il s'agisse d'un alliage d'aluminium moulé ou d'un alliage d'aluminium corroyé, d'un alliage de métallurgie des poudres ou d'un matériau composite. Elle est également indépendante de l’état du matériau, qu’il soit à l’état brut ou après traitement thermique. Cela n'a aucun rapport avec le processus de préparation du lingot, qu'il soit produit par coulée et laminage ou par coulée et laminage continus. Il n’est pas non plus lié au processus d’extraction de l’aluminium, notamment l’électrolyse, la réduction thermique du carbone et l’extraction chimique. Cela s'applique à tous les niveaux de pureté, de l'aluminium traité avec une pureté de 99,50 % à 99,79 %, à l'aluminium de haute pureté avec une pureté de 99,80 % à 99,949 %, à l'aluminium de super pureté avec une pureté de 99,950 % à 99,9959 % et à l'aluminium d'une pureté extrême avec 99,9960 %. à 99,9990 % de pureté et de l'aluminium de très haute pureté avec une pureté supérieure à 99,9990 %. Il est intéressant de noter que deux autres métaux légers, le magnésium et le titane, ne présentent pas non plus de fragilité à basse température.

Les propriétés mécaniques des alliages d'aluminium couramment utilisés pour les wagons de trains à grande vitesse et leur relation avec la température sont présentées dans le tableau ci-dessous.

Les wagons de train à grande vitesse utilisent des matériaux en aluminium tels que des plaques en alliage Al-Mg série 5005, des plaques en alliage 5052, des plaques en alliage 5083 et des profilés ; Plaques et profilés en alliage Al-Mg-Si série 6061, profilés en alliage 6N01, profilés en alliage 6063 ; Plaques et profilés en alliage Al-Zn-Mg série 7N01, profilés en alliage 7003. Ils existent dans les états standards : O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

D’après les données du tableau, il est évident que les propriétés mécaniques des alliages d’aluminium augmentent à mesure que la température diminue. Par conséquent, l'aluminium est un excellent matériau structurel à basse température adapté à une utilisation dans les réservoirs de carburant à basse température des fusées (hydrogène liquide, oxygène liquide), les navires de transport de gaz naturel liquéfié (GNL) et les réservoirs terrestres, les conteneurs de produits chimiques à basse température, les entrepôts frigorifiques. , camions frigorifiques, et plus encore.

Les composants structurels des trains à grande vitesse circulant sur Terre, y compris les composants des wagons et des locomotives, peuvent tous être fabriqués à partir des alliages d’aluminium existants. Il n'est pas nécessaire de rechercher un nouvel alliage d'aluminium pour les structures de transport opérant dans des régions glaciales. Cependant, si un nouvel alliage 6XXX avec des performances environ 10 % supérieures à l'alliage 6061 ou un alliage 7XXX avec des performances globales environ 8 % supérieures à l'alliage 7N01 pouvait être développé, ce serait une réalisation importante.

Discutons ensuite des tendances de développement des alliages d'aluminium pour chariots.

Dans le curPour la fabrication en location et l'entretien de wagons de véhicules ferroviaires, des plaques d'alliage telles que 5052, 5083, 5454 et 6061 sont utilisées, ainsi que des profilés extrudés comme 5083, 6061 et 7N01. Certains alliages plus récents comme 5059, 5383 et 6082 sont également utilisés. Ils présentent tous une excellente soudabilité, les fils de soudage étant généralement des alliages 5356 ou 5556. Bien entendu, le soudage par friction malaxage (FSW) est la méthode préférée, car elle garantit non seulement une qualité de soudage élevée, mais élimine également le besoin de fils de soudage. L'alliage 7N01 du Japon, avec sa composition de Mn 0,200,7%, mg 1,02,0 % et Zn 4,0 à 5,0 % (le tout en %) ont été largement utilisés dans la fabrication de véhicules ferroviaires. L'Allemagne a utilisé des plaques en alliage 5005 pour produire des parois latérales pour les wagons Trans Rapid à grande vitesse et a utilisé des extrusions en alliage 6061, 6063 et 6005 pour les profilés. En résumé, jusqu’à présent, la Chine et d’autres pays ont pour la plupart adhéré à ces alliages pour la fabrication de trains à grande vitesse.

Alliages d'aluminium pour chariots à 200 km/h ~ 350 km/h

Nous pouvons classer les alliages d'aluminium pour wagons en fonction de la vitesse opérationnelle des trains. Les alliages de première génération sont utilisés pour les véhicules dont la vitesse est inférieure à 200 km/h et sont des alliages conventionnels principalement utilisés pour la fabrication de wagons de véhicules ferroviaires urbains, tels que les alliages 6063, 6061 et 5083. Les alliages d'aluminium de deuxième génération comme 6N01, 5005, 6005A, 7003 et 7005 sont utilisés pour fabriquer des wagons de trains à grande vitesse avec des vitesses allant de 200 km/h à 350 km/h. Les alliages de troisième génération comprennent les alliages d'aluminium 6082 et contenant du scandium.

Alliages d'aluminium contenant du scandium

Le scandium est l'un des raffineurs de grains d'aluminium les plus efficaces et est considéré comme un élément essentiel pour optimiser les propriétés de l'alliage d'aluminium. La teneur en scandium est généralement inférieure à 0,5 % dans les alliages d'aluminium, et les alliages contenant du scandium sont collectivement appelés alliages aluminium-scandium (alliages Al-Sc). Les alliages Al-Sc offrent des avantages tels qu'une résistance élevée, une bonne ductilité, une excellente soudabilité et une résistance à la corrosion. Ils sont utilisés dans diverses applications, notamment les navires, les véhicules aérospatiaux, les réacteurs et les équipements de défense, ce qui en fait une nouvelle génération d'alliages d'aluminium adaptés aux structures des véhicules ferroviaires.

Mousse d'aluminium

Les trains à grande vitesse se caractérisent par des charges par essieu légères, des accélérations et décélérations fréquentes et des opérations surchargées, qui nécessitent que la structure du wagon soit aussi légère que possible tout en répondant aux exigences de résistance, de rigidité, de sécurité et de confort. De toute évidence, la résistance spécifique élevée, le module spécifique et les caractéristiques d'amortissement élevées de la mousse d'aluminium ultralégère répondent à ces exigences. Des recherches et des évaluations étrangères sur l'application de la mousse d'aluminium dans les trains à grande vitesse ont montré que les tubes en acier remplis de mousse d'aluminium ont une capacité d'absorption d'énergie de 35 à 40 % supérieure à celle des tubes vides et une résistance à la flexion augmentée de 40 à 50 %. Cela rend les piliers et les cloisons des wagons plus robustes et moins susceptibles de s'effondrer. L'utilisation de mousse d'aluminium pour l'absorption d'énergie dans la zone tampon avant de la locomotive améliore les capacités d'absorption des chocs. Les panneaux sandwich constitués de mousse d'aluminium de 10 mm d'épaisseur et de fines feuilles d'aluminium sont 50 % plus légers que les plaques d'acier d'origine tout en augmentant leur rigidité de 8 fois.