高速鉄道の車両はアルミ材を溶接して作られています。一部の高速鉄道路線はマイナス30～40度の極寒の地域を通過します。南極観測船の一部の機器、設備、生活必需品はアルミニウム素材で作られており、マイナス60～70度の低温に耐える必要があります。北極からヨーロッパに向かう中国の貨物船もアルミニウム素材で作られた設備を一部使用しており、その一部は摂氏マイナス50～60度の低温にさらされている。このような極寒の中で正常に動作できるのでしょうか？問題ありません。アルミニウム合金およびアルミニウム素材は極度の寒さや熱を恐れません。

アルミニウムおよびアルミニウム合金は優れた低温材料です。これらは、低温で強度と延性が大幅に低下する普通鋼やニッケル合金のような低温脆性を示しません。ただし、アルミニウムとアルミニウム合金は異なります。低温脆性の痕跡は見られません。温度が低下すると、すべての機械的特性が大幅に増加します。これは、鋳造アルミニウム合金、鍛造アルミニウム合金、粉末冶金合金、複合材料など、材料の組成には依存しません。また、加工されたままの状態か熱処理後の状態かにかかわらず、材料の状態にも依存しません。インゴットの製造プロセスが、鋳造と圧延によって製造されるか、連続鋳造と圧延によって製造されるかに関係ありません。また、電気分解、炭素熱還元、化学抽出などのアルミニウム抽出プロセスとも無関係です。これは、純度 99.50% ～ 99.79% のプロセス アルミニウム、純度 99.80% ～ 99.949% の高純度アルミニウム、純度 99.950% ～ 99.9959% の超純度アルミニウム、純度 99.9960% の超純度アルミニウムまで、あらゆる純度レベルに適用されます。純度99.9990％以上、純度99.9990％以上の超高純度アルミニウム。興味深いことに、他の 2 つの軽金属、マグネシウムとチタンも低温脆性を示しません。

高速鉄道車両に一般的に使用されるアルミニウム合金の機械的特性と温度との関係を以下の表に示します。

高速鉄道車両には、Al-Mg系5005合金板、5052合金板、5083合金板、異形材などのアルミニウム材が使用されています。 Al-Mg-Si シリーズ 6061 合金プレートおよびプロファイル、6N01 合金プロファイル、6063 合金プロファイル。 Al-Zn-Mg シリーズ 7N01 合金プレートおよびプロファイル、7003 合金プロファイル。標準状態は O、H14、H18、H112、T4、T5、T6 です。

表のデータから、温度が低下するにつれてアルミニウム合金の機械的特性が増加することが明らかです。そのため、アルミニウムはロケットの低温燃料（液体水素、液体酸素）タンク、液化天然ガス（LNG）輸送船や陸上タンク、低温化学品容器、冷蔵倉庫などに適した優れた低温構造材料です。 、冷凍トラックなど。

地球上を走る高速列車の構造部品は、車両や機関車の部品など、すべて既存のアルミニウム合金を使用して製造できます。極寒の地域で運行する車両構造用に新しいアルミニウム合金を研究する必要はありません。しかし、6061 合金より約 10% 高い性能を持つ新しい 6XXX 合金、または 7N01 合金より約 8% 高い総合性能を持つ 7XXX 合金が開発できれば、それは大きな成果となります。

次に、台車用アルミニウム合金の開発動向についてお話します。

カールの中で鉄道車両の車両の製造とメンテナンスでは、5052、5083、5454、6061 などの合金プレートが、5083、6061、7N01 などの押出プロファイルとともに使用されます。 5059、5383、6082 などの新しい合金も適用されています。それらはすべて優れた溶接性を示し、溶接ワイヤは通常 5356 または 5556 合金です。もちろん、摩擦撹拌溶接 (FSW) は、高い溶接品質を保証するだけでなく、溶接ワイヤの必要性を排除するため、推奨される方法です。日本の7N01合金、Mn 0.20の組成0.7%、Mg 1.02.0％、Zn 4.0～5.0％（すべて％）は、鉄道車両の製造に広く使用されています。ドイツは、高速トランスラピッド車両の側壁を製造するために 5005 合金プレートを使用し、プロファイルには 6061、6063、および 6005 合金押出材を使用しました。要約すると、これまで中国とその他の国は主に高速列車の製造にこれらの合金を使用してきました。

200km/h~350km/hの台車用アルミニウム合金

車両のアルミニウム合金は、列車の運行速度に基づいて分類できます。第一世代合金は、時速 200km 未満の車両に使用され、主に都市鉄道車両の製造に使用される 6063、6061、5083 合金などの従来の合金です。 6N01、5005、6005A、7003、7005 などの第 2 世代アルミニウム合金は、時速 200km から時速 350km までの高速鉄道の車両の製造に使用されています。第 3 世代合金には、6082 およびスカンジウム含有アルミニウム合金が含まれます。

スカンジウム含有アルミニウム合金

スカンジウムはアルミニウムにとって最も効果的な結晶粒微細化剤の 1 つであり、アルミニウム合金の特性を最適化するために不可欠な元素と考えられています。アルミニウム合金中のスカンジウム含有量は通常 0.5% 未満であり、スカンジウムを含む合金は総称してアルミニウム - スカンジウム合金 (Al-Sc 合金) と呼ばれます。 Al-Sc 合金は、高強度、優れた延性、優れた溶接性、耐食性などの利点を備えています。船舶、航空宇宙車両、原子炉、防衛機器などさまざまな用途に使用されており、鉄道車両構造に適した新世代のアルミニウム合金です。

アルミフォーム

高速列車は、軽い軸重、頻繁な加減速、過負荷運転を特徴とするため、強度、剛性、安全性、快適性の要件を満たしながら、車両構造を可能な限り軽量にする必要があります。超軽量アルミニウムフォームの高い比強度、比弾性率、および高い減衰特性がこれらの要件に適合していることは明らかです。高速列車へのアルミニウム発泡体の適用に関する海外の研究と評価では、アルミニウム発泡体を充填した鋼管は、空の管よりもエネルギー吸収能力が 35% ～ 40% 高く、曲げ強度が 40% ～ 50% 増加することが示されています。これにより、台車の柱や仕切りがより堅牢になり、倒れにくくなります。機関車の前部緩衝ゾーンのエネルギー吸収にアルミニウムフォームを使用することで、衝撃吸収能力が向上します。厚さ10mmのアルミニウムフォームと薄いアルミニウムシートで作られたサンドイッチパネルは、オリジナルのスチールプレートよりも50％軽量でありながら、剛性が8倍向上しています。