Vagoni brzih vlakova zavareni su od aluminijskih materijala. Neke linije brzih vlakova prolaze kroz hladna područja s temperaturama od minus 30 do 40 stupnjeva Celzijusa. Neki instrumenti, oprema i životne potrepštine na istraživačkim brodovima za Antarktik izrađeni su od aluminijskih materijala i moraju izdržati niske temperature od minus 60 do 70 stupnjeva Celzijusa. Kineski teretni brodovi koji putuju s Arktika u Europu također koriste dio opreme izrađene od aluminijskih materijala, a neki od njih su izloženi niskim temperaturama od minus 50 do 60 stupnjeva Celzijusa. Mogu li normalno raditi na tako velikoj hladnoći? Nema problema, aluminijske legure i aluminijski materijali ne boje se ekstremne hladnoće ili vrućine.

Aluminij i aluminijeve legure izvrsni su materijali za niske temperature. Oni ne pokazuju krtost na niskim temperaturama kao obični čelik ili legure nikla, koje pokazuju značajno smanjenje čvrstoće i duktilnosti na niskim temperaturama. Međutim, aluminij i aluminijeve legure razlikuju se. Ne pokazuju nikakve tragove krtosti na niskim temperaturama. Sva njihova mehanička svojstva značajno se povećavaju snižavanjem temperature. Ovo je neovisno o sastavu materijala, bilo da se radi o lijevanoj aluminijskoj slitini ili kovanoj aluminijskoj slitini, metalurškoj slitini praha ili kompozitnom materijalu. Također je neovisan o stanju materijala, bilo da je u prerađenom stanju ili nakon toplinske obrade. To nije povezano s postupkom pripreme ingota, bilo da se proizvodi lijevanjem i valjanjem ili kontinuiranim lijevanjem i valjanjem. Također nije povezan s procesom ekstrakcije aluminija, uključujući elektrolizu, toplinsku redukciju ugljika i kemijsku ekstrakciju. Ovo se odnosi na sve razine čistoće, od procesnog aluminija s 99,50% do 99,79% čistoće, aluminija visoke čistoće s 99,80% do 99,949% čistoće, aluminija super čistoće s 99,950% do 99,9959% čistoće, aluminija ekstremne čistoće s 99,9960% do 99,9990% čistoće i aluminij ultravisoke čistoće s preko 99,9990% čistoće. Zanimljivo je da druga dva laka metala, magnezij i titan, također ne pokazuju krtost na niskim temperaturama.

Mehanička svojstva najčešće korištenih aluminijskih legura za vagone vlakova velikih brzina i njihov odnos s temperaturom prikazani su u donjoj tablici.

Vagoni vlakova velikih brzina koriste aluminijske materijale kao što su ploče od legure Al-Mg serije 5005, ploče od legure 5052, ploče od legure 5083 i profili; Ploče i profili od legure Al-Mg-Si serije 6061, profili od legure 6N01, profili od legure 6063; Ploče i profili od legure Al-Zn-Mg serije 7N01, profili od legure 7003. Dolaze u standardnim stanjima: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Iz podataka u tablici vidljivo je da se mehanička svojstva aluminijskih legura povećavaju sniženjem temperature. Stoga je aluminij izvrstan niskotemperaturni strukturni materijal prikladan za upotrebu u spremnicima za raketno niskotemperaturno gorivo (tekući vodik, tekući kisik), brodovima za prijevoz ukapljenog prirodnog plina (LNG) i kopnenim spremnicima, spremnicima za niskotemperaturne kemijske proizvode, hladnjačama , kamioni hladnjače i još mnogo toga.

Strukturne komponente brzih vlakova koji voze na Zemlji, uključujući komponente vagona i lokomotive, mogu se proizvesti korištenjem postojećih aluminijskih legura. Nema potrebe za istraživanjem nove aluminijske legure za konstrukcije kočija koje rade u hladnim područjima. Međutim, ako bi se mogla razviti nova legura 6XXX s performansama oko 10% višim od legure 6061 ili legura 7XXX s ukupnim performansama približno 8% višim od legure 7N01, to bi bilo značajno postignuće.

Zatim, raspravimo trendove razvoja aluminijskih legura za kočije.

U curza proizvodnju najma i održavanje vagona željezničkih vozila, koriste se ploče od legure kao što su 5052, 5083, 5454 i 6061, zajedno s ekstrudiranim profilima kao što su 5083, 6061 i 7N01. Primjenjuju se i neke novije legure poput 5059, 5383 i 6082. Sve one pokazuju izvrsnu zavarljivost, pri čemu su žice za zavarivanje obično legure 5356 ili 5556. Naravno, zavarivanje trenjem s miješanjem (FSW) je preferirana metoda, jer ne samo da osigurava visoku kvalitetu zavarivanja, već i eliminira potrebu za žicama za zavarivanje. Japanska legura 7N01, sa sastavom Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0% i Zn 4,0~5,0% (sve u %), našao je široku primjenu u proizvodnji tračničkih vozila. Njemačka je koristila ploče od legure 5005 za proizvodnju bočnih stijenki za kolica za velike brzine Trans Rapid i upotrijebila ekstruzije legure 6061, 6063 i 6005 za profile. Ukratko, do sada su se i Kina i druge zemlje uglavnom pridržavale ovih legura za proizvodnju vlakova velikih brzina.

Aluminijske legure za kočije pri 200 km/h ~ 350 km/h

Možemo kategorizirati aluminijske legure za vagone na temelju radne brzine vlakova. Legure prve generacije koriste se za vozila s brzinama ispod 200 km/h i konvencionalne su legure koje se prvenstveno koriste za proizvodnju vagona za gradska željeznička vozila, kao što su legure 6063, 6061 i 5083. Aluminijske legure druge generacije poput 6N01, 5005, 6005A, 7003 i 7005 koriste se za izradu vagona brzih vlakova s ​​brzinama od 200 km/h do 350 km/h. Legure treće generacije uključuju 6082 i legure aluminija koje sadrže skandij.

Aluminijske legure koje sadrže skandij

Skandij je jedan od najučinkovitijih pročišćivača zrna za aluminij i smatra se bitnim elementom za optimizaciju svojstava aluminijske legure. Sadržaj skandija je obično manji od 0,5% u aluminijskim legurama, a legure koje sadrže skandij zajednički se nazivaju aluminij-skandij legure (Al-Sc legure). Al-Sc legure nude prednosti kao što su visoka čvrstoća, dobra duktilnost, izvrsna zavarljivost i otpornost na koroziju. Koriste se u raznim primjenama, uključujući brodove, zrakoplovna vozila, reaktore i obrambenu opremu, što ih čini novom generacijom aluminijskih legura pogodnih za strukture željezničkih vozila.

Aluminijska pjena

Vlakove velikih brzina karakteriziraju mala osovinska opterećenja, česta ubrzanja i usporavanja te preopterećeni rad, koji zahtijevaju da struktura vagona bude što je moguće lakša, a istovremeno zadovoljava zahtjeve čvrstoće, krutosti, sigurnosti i udobnosti. Jasno, visoka specifična čvrstoća, specifični modul i visoke karakteristike prigušenja ultra-lake aluminijske pjene usklađene su s ovim zahtjevima. Strana istraživanja i procjene primjene aluminijske pjene u brzim vlakovima pokazali su da čelične cijevi punjene aluminijskom pjenom imaju 35% do 40% veću sposobnost apsorpcije energije od praznih cijevi i 40% do 50% povećanje čvrstoće na savijanje. To čini stupove i pregrade robusnijima i manje sklonima urušavanju. Korištenje aluminijske pjene za apsorpciju energije u prednjoj odbojnoj zoni lokomotive povećava sposobnost apsorpcije sudara. Sendvič paneli izrađeni od 10 mm debele aluminijske pjene i tankih aluminijskih limova 50% su lakši od originalnih čeličnih ploča, a povećavaju krutost za 8 puta.