Gerbong kereta kecepatan tinggi dilas menggunakan bahan alumunium. Beberapa jalur kereta berkecepatan tinggi melewati daerah dingin dengan suhu minus 30 hingga 40 derajat Celcius. Beberapa instrumen, perlengkapan, dan perlengkapan hidup di kapal penelitian Antartika terbuat dari bahan aluminium dan harus tahan terhadap suhu serendah minus 60 hingga 70 derajat Celcius. Kapal kargo Tiongkok yang melakukan perjalanan dari Arktik menuju Eropa juga menggunakan beberapa peralatan yang terbuat dari bahan aluminium, dan beberapa di antaranya terkena suhu serendah minus 50 hingga 60 derajat Celcius. Bisakah mereka beroperasi secara normal dalam suhu yang sangat dingin? Tidak masalah, paduan aluminium dan bahan aluminium tidak takut dingin atau panas ekstrem.

Aluminium dan paduan aluminium adalah bahan suhu rendah yang sangat baik. Mereka tidak menunjukkan kerapuhan pada suhu rendah seperti baja biasa atau paduan nikel, yang menunjukkan penurunan kekuatan dan keuletan yang signifikan pada suhu rendah. Namun aluminium dan paduan aluminium berbeda. Mereka tidak menunjukkan sedikit pun kerapuhan pada suhu rendah. Semua sifat mekaniknya meningkat secara signifikan seiring dengan penurunan suhu. Hal ini tidak bergantung pada komposisi material, apakah itu paduan aluminium cor atau paduan aluminium tempa, paduan metalurgi serbuk, atau material komposit. Hal ini juga tidak bergantung pada kondisi material, apakah dalam kondisi sedang diproses atau setelah perlakuan panas. Hal ini tidak ada hubungannya dengan proses persiapan ingot, baik itu diproduksi dengan cara pengecoran dan penggulungan atau pengecoran dan penggulungan kontinyu. Hal ini juga tidak terkait dengan proses ekstraksi aluminium, termasuk elektrolisis, reduksi termal karbon, dan ekstraksi kimia. Hal ini berlaku untuk semua tingkat kemurnian, mulai dari aluminium proses dengan kemurnian 99,50% hingga 99,79%, aluminium dengan kemurnian tinggi dengan kemurnian 99,80% hingga 99,949%, aluminium dengan kemurnian super dengan kemurnian 99,950% hingga 99,9959%, ​​aluminium dengan kemurnian ekstrim dengan kemurnian 99,9960%. hingga kemurnian 99,9990%, dan aluminium dengan kemurnian sangat tinggi dengan kemurnian lebih dari 99,9990%. Menariknya, dua logam ringan lainnya, magnesium dan titanium, juga tidak menunjukkan kerapuhan pada suhu rendah.

Sifat mekanik paduan aluminium yang umum digunakan untuk gerbong kereta kecepatan tinggi dan hubungannya dengan suhu ditunjukkan pada tabel di bawah.

Gerbong kereta kecepatan tinggi menggunakan bahan aluminium seperti pelat paduan Al-Mg seri 5005, pelat paduan 5052, pelat paduan 5083, dan profil; Pelat dan profil paduan Al-Mg-Si seri 6061, profil paduan 6N01, profil paduan 6063; Pelat dan profil paduan Al-Zn-Mg seri 7N01, profil paduan 7003. Mereka datang dalam kondisi standar: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Dari data pada tabel terlihat bahwa sifat mekanik paduan aluminium meningkat seiring dengan penurunan suhu. Oleh karena itu, aluminium adalah bahan struktural bersuhu rendah yang sangat baik yang cocok untuk digunakan dalam tangki bahan bakar roket bersuhu rendah (hidrogen cair, oksigen cair), kapal pengangkut gas alam cair (LNG) dan tangki darat, wadah produk kimia bersuhu rendah, penyimpanan dingin , truk berpendingin, dan banyak lagi.

Komponen struktural kereta api berkecepatan tinggi yang berjalan di Bumi, termasuk komponen gerbong dan lokomotif, semuanya dapat diproduksi menggunakan paduan aluminium yang ada. Tidak perlu meneliti paduan aluminium baru untuk struktur pengangkutan yang beroperasi di daerah dingin. Namun, jika paduan 6XXX baru dengan kinerja sekitar 10% lebih tinggi dari paduan 6061 atau paduan 7XXX dengan kinerja keseluruhan sekitar 8% lebih tinggi dari paduan 7N01 dapat dikembangkan, itu akan menjadi pencapaian yang signifikan.

Selanjutnya, mari kita bahas tren perkembangan paduan aluminium pengangkutan.

Di saat inisewa manufaktur dan pemeliharaan gerbong kendaraan rel, pelat paduan seperti 5052, 5083, 5454, dan 6061 digunakan, bersama dengan profil ekstrusi seperti 5083, 6061, dan 7N01. Beberapa paduan baru seperti 5059, 5383, dan 6082 juga diterapkan. Semuanya menunjukkan kemampuan las yang sangat baik, dengan kabel las biasanya terbuat dari paduan 5356 atau 5556. Tentu saja, pengelasan adukan gesekan (FSW) adalah metode yang disukai, karena tidak hanya menjamin kualitas pengelasan yang tinggi tetapi juga menghilangkan kebutuhan akan kabel las. Paduan 7N01 Jepang, dengan komposisi Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0%, dan Zn 4,0~5,0% (semuanya dalam %), telah digunakan secara luas dalam pembuatan kendaraan kereta api. Jerman menggunakan pelat paduan 5005 untuk memproduksi dinding samping gerbong Trans Rapid berkecepatan tinggi dan menggunakan ekstrusi paduan 6061, 6063, dan 6005 untuk profil. Ringkasnya, hingga saat ini, baik Tiongkok maupun negara lain sebagian besar telah menggunakan paduan ini untuk pembuatan kereta kecepatan tinggi.

Paduan Aluminium untuk Pengangkutan dengan kecepatan 200km/jam~350km/jam

Paduan aluminium gerbong dapat kita kategorikan berdasarkan kecepatan operasional kereta. Paduan generasi pertama digunakan untuk kendaraan dengan kecepatan di bawah 200 km/jam dan merupakan paduan konvensional yang terutama digunakan untuk pembuatan gerbong kendaraan kereta api perkotaan, seperti paduan 6063, 6061, dan 5083. Paduan aluminium generasi kedua seperti 6N01, 5005, 6005A, 7003, dan 7005 digunakan untuk pembuatan gerbong kereta berkecepatan tinggi dengan kecepatan berkisar antara 200km/jam hingga 350km/jam. Paduan generasi ketiga mencakup paduan aluminium yang mengandung 6082 dan skandium.

Paduan Aluminium yang Mengandung Skandium

Skandium adalah salah satu pemurni butiran aluminium yang paling efektif dan dianggap sebagai elemen penting untuk mengoptimalkan sifat paduan aluminium. Kandungan skandium biasanya kurang dari 0,5% pada paduan aluminium, dan paduan yang mengandung skandium secara kolektif disebut sebagai paduan aluminium-skandium (paduan Al-Sc). Paduan Al-Sc menawarkan keunggulan seperti kekuatan tinggi, keuletan yang baik, kemampuan las yang sangat baik, dan ketahanan terhadap korosi. Bahan ini digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk kapal, kendaraan luar angkasa, reaktor, dan peralatan pertahanan, menjadikannya paduan aluminium generasi baru yang cocok untuk struktur kendaraan kereta api.

Busa Aluminium

Kereta berkecepatan tinggi dicirikan oleh beban gandar yang ringan, akselerasi dan perlambatan yang sering, serta pengoperasian yang kelebihan beban, yang memerlukan struktur gerbong seringan mungkin dengan tetap memenuhi persyaratan kekuatan, kekakuan, keselamatan, dan kenyamanan. Jelas, kekuatan spesifik tinggi busa aluminium ultra-ringan, modulus spesifik, dan karakteristik redaman tinggi selaras dengan persyaratan ini. Penelitian dan evaluasi asing terhadap penerapan busa aluminium pada kereta api berkecepatan tinggi telah menunjukkan bahwa tabung baja berisi busa aluminium memiliki kemampuan penyerapan energi 35% hingga 40% lebih tinggi daripada tabung kosong dan peningkatan kekuatan lentur sebesar 40% hingga 50%. Hal ini membuat pilar dan partisi gerbong lebih kokoh dan tidak mudah roboh. Penggunaan busa aluminium untuk penyerapan energi di zona penyangga depan lokomotif meningkatkan kemampuan penyerapan benturan. Panel sandwich yang terbuat dari busa aluminium setebal 10 mm dan lembaran aluminium tipis 50% lebih ringan dari pelat baja asli sekaligus meningkatkan kekakuan sebanyak 8 kali lipat.