A nagysebességű vasúti kocsikat alumínium anyagok felhasználásával hegesztik. Egyes nagysebességű vasútvonalak hideg régiókon haladnak át, ahol a hőmérséklet mínusz 30-40 Celsius-fok is lehet. Az antarktiszi kutatóhajókon egyes műszerek, felszerelések és élőeszközök alumíniumból készülnek, és mínusz 60-70 Celsius fokos hőmérsékletet is ki kell bírniuk. Az Északi-sarkról Európába tartó kínai teherhajók is használnak alumíniumból készült berendezéseket, és ezek egy része akár mínusz 50-60 Celsius fokos hőmérsékletnek is ki van téve. Működhetnek normálisan ilyen nagy hidegben? Nem probléma, az alumíniumötvözetek és alumínium anyagok nem félnek az extrém hidegtől vagy melegtől.

Az alumínium és az alumíniumötvözetek kiváló alacsony hőmérsékletű anyagok. Nem mutatnak alacsony hőmérsékletű ridegséget, mint a közönséges acél vagy nikkelötvözetek, amelyek alacsony hőmérsékleten jelentősen csökkentik a szilárdságot és a rugalmasságot. Az alumínium és az alumíniumötvözetek azonban különböznek egymástól. Alacsony hőmérsékletű ridegségnek nyoma sincs. Minden mechanikai tulajdonságuk jelentősen megnő a hőmérséklet csökkenésével. Ez független az anyag összetételétől, legyen szó öntött alumíniumötvözetről vagy kovácsolt alumíniumötvözetről, porkohászati ​​ötvözetről vagy kompozit anyagról. Független az anyag állapotától is, akár feldolgozott állapotban, akár hőkezelés után. Nem kapcsolódik a tuskó-előkészítési folyamathoz, akár öntéssel és hengerléssel, akár folyamatos öntéssel és hengerléssel állítják elő. Ez szintén nem kapcsolódik az alumínium extrakciós folyamatához, beleértve az elektrolízist, a szén termikus redukcióját és a kémiai extrakciót. Ez minden tisztasági szintre vonatkozik, a 99,50% és 99,79% közötti tisztaságú technológiai alumíniumtól, a 99,80% és 99,949% közötti tisztaságú nagy tisztaságú alumíniumtól, a 99,950% és 99,9959% közötti tisztaságú szupertiszta alumíniumtól, a 99,9960% tisztaságú rendkívüli tisztaságú alumíniumtól. 99,9990%-os tisztaságú, és ultranagy tisztaságú alumínium, több mint 99,9990%-os tisztasággal. Érdekes módon két másik könnyűfém, a magnézium és a titán szintén nem mutat alacsony hőmérsékletű ridegséget.

A nagysebességű vasúti kocsikhoz általánosan használt alumíniumötvözetek mechanikai tulajdonságait és kapcsolatukat a hőmérséklettel az alábbi táblázat mutatja be.

A nagysebességű vasúti kocsik alumínium anyagokat használnak, például Al-Mg sorozatú 5005-ös ötvözetlemezeket, 5052-es ötvözetlemezeket, 5083-as ötvözetlemezeket és profilokat; Al-Mg-Si sorozat 6061 ötvözetlemezek és profilok, 6N01 ötvözetprofilok, 6063 ötvözetprofilok; Al-Zn-Mg sorozat 7N01 ötvözött lemezek és profilok, 7003 ötvözet profilok. Normál állapotúak: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

A táblázat adataiból kitűnik, hogy az alumíniumötvözetek mechanikai tulajdonságai a hőmérséklet csökkenésével nőnek. Ezért az alumínium kiváló alacsony hőmérsékletű szerkezeti anyag, amely alkalmas rakéta alacsony hőmérsékletű üzemanyag (folyékony hidrogén, folyékony oxigén) tartályokban, cseppfolyósított földgázt (LNG) szállító hajókban és szárazföldi tartályokban, alacsony hőmérsékletű vegyipari termékek konténereiben, hűtőtárolókban történő felhasználásra. , hűtött teherautók és még sok más.

A Földön közlekedő nagysebességű vonatok szerkezeti elemei, beleértve a kocsi- és mozdonyelemeket is, mind a meglévő alumíniumötvözetek felhasználásával gyárthatók. Nincs szükség új alumíniumötvözet kutatására a hideg régiókban működő kocsiszerkezetekhez. Ha azonban sikerül kifejleszteni egy új 6XXX ötvözetet, amelynek teljesítménye körülbelül 10%-kal nagyobb, mint a 6061 ötvözetnél, vagy egy 7XXX ötvözetet, amelynek összteljesítménye körülbelül 8%-kal nagyobb, mint a 7N01 ötvözet, az jelentős eredmény lenne.

Ezután beszéljük meg a kocsi alumíniumötvözetek fejlesztési trendjeit.

A curbérleti díj a vasúti járműkocsik gyártása és karbantartása, ötvözött lemezek, például 5052, 5083, 5454 és 6061, valamint extrudált profilok, például 5083, 6061 és 7N01 használatosak. Néhány újabb ötvözetet is alkalmaznak, mint például az 5059, 5383 és 6082. Mindegyik kiváló hegeszthetőséget mutat, a hegesztőhuzalok jellemzően 5356 vagy 5556 ötvözetből állnak. Természetesen a súrlódó keverőhegesztés (FSW) az előnyben részesített módszer, mivel nem csak a magas hegesztési minőséget biztosítja, hanem szükségtelenné teszi a hegesztőhuzalokat is. Japán 7N01 ötvözet, összetétele Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0%, Zn 4,0-5,0% (mind százalékban), széles körben elterjedt a vasúti járművek gyártásában. Németország 5005 ötvözetlemezeket használt a nagy sebességű Trans Rapid kocsik oldalfalainak gyártásához, és 6061, 6063 és 6005 ötvözetből készült extrudálást alkalmazott a profilokhoz. Összefoglalva, mind a mai napig mind Kína, mind más országok többnyire ragaszkodtak ezekhez az ötvözetekhez a nagysebességű vonatgyártásban.

Alumíniumötvözetek kocsikhoz 200-350 km/h sebességnél

A kocsi alumínium ötvözeteket a vonatok menetsebessége alapján kategorizálhatjuk. Az első generációs ötvözeteket 200 km/h alatti sebességű járművekhez használják, és elsősorban városi vasúti járműkocsik gyártásához használt hagyományos ötvözetek, mint például a 6063, 6061 és 5083 ötvözetek. A második generációs alumíniumötvözetek, mint például a 6N01, 5005, 6005A, 7003 és 7005 200–350 km/h sebességű nagysebességű vonatok kocsijainak gyártására szolgálnak. A harmadik generációs ötvözetek közé tartozik a 6082 és a szkandiumtartalmú alumíniumötvözetek.

Szkandium tartalmú alumíniumötvözetek

A Scandium az egyik leghatékonyabb alumínium szemcsefinomító, és az alumíniumötvözetek tulajdonságainak optimalizálásának alapvető eleme. Az alumíniumötvözetek szkandiumtartalma jellemzően 0,5%-nál kisebb, a szkandiumot tartalmazó ötvözeteket pedig összefoglalóan alumínium-scandium ötvözeteknek (Al-Sc ötvözetek) nevezik. Az Al-Sc ötvözetek olyan előnyöket kínálnak, mint a nagy szilárdság, a jó alakíthatóság, a kiváló hegeszthetőség és a korrózióállóság. Különböző alkalmazásokban használják őket, beleértve a hajókat, űrjárműveket, reaktorokat és védelmi berendezéseket, így új generációs alumíniumötvözetek, amelyek alkalmasak vasúti járműszerkezetekhez.

Alumínium hab

A nagysebességű vonatokat könnyű tengelyterhelés, gyakori gyorsítás és lassítás, valamint túlterhelt műveletek jellemzik, amelyek megkövetelik, hogy a kocsiszerkezet a lehető legkönnyebb legyen, miközben megfelel a szilárdsági, merevségi, biztonsági és kényelmi követelményeknek. Nyilvánvaló, hogy az ultrakönnyű alumíniumhab nagy fajlagos szilárdsága, fajlagos modulusa és magas csillapítási jellemzői megfelelnek ezeknek a követelményeknek. Az alumíniumhab nagysebességű vonatokban való alkalmazásának külföldi kutatásai és értékelései kimutatták, hogy az alumíniumhabbal töltött acélcsövek 35-40%-kal nagyobb energiaelnyelő képességgel rendelkeznek, mint az üres csövek, és 40-50%-kal növelik a hajlítószilárdságot. Ez robusztusabbá teszi a kocsioszlopokat és válaszfalakat, és kevésbé hajlamosak az összeomlásra. Az alumíniumhab energiaelnyelése a mozdony elülső ütközőzónájában javítja az ütéselnyelő képességet. A 10 mm vastag alumíniumhabból és vékony alumíniumlemezekből készült szendvicspanelek 50%-kal könnyebbek, mint az eredeti acéllemezek, miközben 8-szorosára növelik a merevséget.