Hogesnelheidstreinwagons worden gelast met aluminium materialen. Sommige hogesnelheidslijnen lopen door ijskoude gebieden met temperaturen zo laag als min 30 tot 40 graden Celsius. Sommige instrumenten, uitrusting en levensbenodigdheden op Antarctische onderzoeksschepen zijn gemaakt van aluminium materialen en moeten bestand zijn tegen temperaturen van min 60 tot 70 graden Celsius. Chinese vrachtschepen die van het Noordpoolgebied naar Europa reizen, gebruiken ook bepaalde apparatuur die is gemaakt van aluminiummaterialen, en een deel ervan wordt blootgesteld aan temperaturen zo laag als min 50 tot 60 graden Celsius. Kunnen ze normaal functioneren in zulke extreme kou? Geen probleem, aluminiumlegeringen en aluminiummaterialen zijn niet bang voor extreme kou of hitte.

Aluminium en aluminiumlegeringen zijn uitstekende materialen voor lage temperaturen. Ze vertonen geen brosheid bij lage temperaturen, zoals gewoon staal of nikkellegeringen, die bij lage temperaturen een significante afname in sterkte en ductiliteit vertonen. Aluminium en aluminiumlegeringen zijn echter verschillend. Ze vertonen geen enkel spoor van broosheid bij lage temperaturen. Al hun mechanische eigenschappen nemen aanzienlijk toe naarmate de temperatuur daalt. Dit is onafhankelijk van de samenstelling van het materiaal, of het nu gaat om een ​​gegoten aluminiumlegering of een gesmeed aluminiumlegering, een poedermetallurgische legering of een composietmateriaal. Het is ook onafhankelijk van de staat van het materiaal, of het zich nu in de verwerkte staat bevindt of na een warmtebehandeling. Het houdt geen verband met het bereidingsproces van de blokken, of het nu wordt geproduceerd door gieten en walsen of door continu gieten en walsen. Het houdt ook geen verband met het aluminiumextractieproces, inclusief elektrolyse, thermische koolstofreductie en chemische extractie. Dit geldt voor alle zuiverheidsniveaus, van procesaluminium met een zuiverheid van 99,50% tot 99,79%, hoogzuiver aluminium met een zuiverheid van 99,80% tot 99,949%, superzuiver aluminium met een zuiverheid van 99,950% tot 99,9959%, ​​extreem zuiver aluminium met 99,9960% tot 99,9990% zuiverheid, en ultrahoogzuiver aluminium met een zuiverheid van meer dan 99,9990%. Interessant is dat twee andere lichte metalen, magnesium en titanium, ook geen brosheid bij lage temperaturen vertonen.

De mechanische eigenschappen van veelgebruikte aluminiumlegeringen voor hogesnelheidstreinwagons en hun relatie met de temperatuur worden weergegeven in de onderstaande tabel.

Hogesnelheidstreinwagons maken gebruik van aluminium materialen zoals Al-Mg-serie 5005 legeringsplaten, 5052 legeringsplaten, 5083 legeringsplaten en profielen; Al-Mg-Si-serie 6061 legeringsplaten en profielen, 6N01 legeringsprofielen, 6063 legeringsprofielen; Al-Zn-Mg-serie 7N01 legeringsplaten en profielen, 7003 legeringsprofielen. Ze zijn verkrijgbaar in de standaardstatussen: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Uit de gegevens in de tabel blijkt duidelijk dat de mechanische eigenschappen van aluminiumlegeringen toenemen naarmate de temperatuur daalt. Daarom is aluminium een ​​uitstekend structureel materiaal voor lage temperaturen, geschikt voor gebruik in rakettanks voor lage temperatuurbrandstof (vloeibare waterstof, vloeibare zuurstof), transportschepen voor vloeibaar aardgas (LNG) en tanks aan land, containers voor chemische producten op lage temperatuur, koude opslag , koelwagens en meer.

De structurele componenten van hogesnelheidstreinen die op aarde rijden, inclusief wagon- en locomotiefcomponenten, kunnen allemaal worden vervaardigd met behulp van bestaande aluminiumlegeringen. Er is geen noodzaak om onderzoek te doen naar een nieuwe aluminiumlegering voor wagenconstructies die in koude gebieden worden gebruikt. Als er echter een nieuwe 6XXX-legering zou kunnen worden ontwikkeld met een prestatie die ongeveer 10% hoger is dan die van de 6061-legering, of een 7XXX-legering met een algehele prestatie die ongeveer 8% hoger is dan die van de 7N01-legering, dan zou dat een aanzienlijke prestatie zijn.

Laten we vervolgens de ontwikkelingstrends van aluminiumlegeringen voor wagens bespreken.

In de curBij de productie en het onderhoud van rijtuigen voor spoorvoertuigen worden legeringsplaten zoals 5052, 5083, 5454 en 6061 gebruikt, samen met geëxtrudeerde profielen zoals 5083, 6061 en 7N01. Sommige nieuwere legeringen zoals 5059, 5383 en 6082 worden ook toegepast. Ze vertonen allemaal een uitstekende lasbaarheid, waarbij lasdraden doorgaans 5356- of 5556-legeringen zijn. Uiteraard verdient wrijvingsroerlassen (FSW) de voorkeur, omdat dit niet alleen een hoge laskwaliteit garandeert, maar ook de noodzaak voor lasdraden elimineert. De Japanse 7N01-legering, met een samenstelling van Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0%, en Zn 4,0~5,0% (allen in%), worden op grote schaal gebruikt bij de productie van spoorvoertuigen. Duitsland gebruikte 5005-legeringsplaten om zijwanden te produceren voor snelle Trans Rapid-wagens en gebruikte 6061-, 6063- en 6005-legeringsextrusies voor profielen. Samenvattend kunnen we stellen dat zowel China als andere landen tot nu toe grotendeels deze legeringen hebben toegepast voor de productie van hogesnelheidstreinen.

Aluminiumlegeringen voor rijtuigen bij 200 km/u ~ 350 km/u

We kunnen aluminiumlegeringen van rijtuigen categoriseren op basis van de operationele snelheid van de treinen. De legeringen van de eerste generatie worden gebruikt voor voertuigen met snelheden onder de 200 km/u en zijn conventionele legeringen die voornamelijk worden gebruikt voor de productie van rijtuigen voor stedelijke spoorvoertuigen, zoals de legeringen 6063, 6061 en 5083. Aluminiumlegeringen van de tweede generatie, zoals 6N01, 5005, 6005A, 7003 en 7005, worden gebruikt voor de productie van rijtuigen van hogesnelheidstreinen met snelheden variërend van 200 km/u tot 350 km/u. Legeringen van de derde generatie omvatten 6082 en scandiumhoudende aluminiumlegeringen.

Scandiumhoudende aluminiumlegeringen

Scandium is een van de meest effectieve korrelverfijners voor aluminium en wordt beschouwd als een essentieel element voor het optimaliseren van de eigenschappen van aluminiumlegeringen. Het scandiumgehalte is doorgaans minder dan 0,5% in aluminiumlegeringen, en legeringen die scandium bevatten, worden gezamenlijk aluminium-scandiumlegeringen (Al-Sc-legeringen) genoemd. Al-Sc-legeringen bieden voordelen zoals hoge sterkte, goede ductiliteit, uitstekende lasbaarheid en corrosieweerstand. Ze worden gebruikt in verschillende toepassingen, waaronder schepen, ruimtevaartvoertuigen, reactoren en defensieapparatuur, waardoor ze een nieuwe generatie aluminiumlegeringen vormen die geschikt zijn voor constructies van spoorwegvoertuigen.

Aluminium schuim

Hogesnelheidstreinen worden gekenmerkt door lichtgewicht asbelastingen, veelvuldig accelereren en vertragen, en overbelaste operaties, waardoor de wagenconstructie zo licht mogelijk moet zijn en tegelijkertijd moet voldoen aan de eisen op het gebied van sterkte, stijfheid, veiligheid en comfort. Het is duidelijk dat de hoge specifieke sterkte, specifieke modulus en hoge dempingseigenschappen van het ultralichte aluminiumschuim voldoen aan deze eisen. Buitenlands onderzoek en evaluatie van de toepassing van aluminiumschuim in hogesnelheidstreinen hebben aangetoond dat met aluminiumschuim gevulde stalen buizen een 35% tot 40% hoger energieabsorptievermogen hebben dan lege buizen en een 40% tot 50% toename in buigsterkte. Dit maakt rijtuigpijlers en scheidingswanden robuuster en minder gevoelig voor instorten. Het gebruik van aluminiumschuim voor energieabsorptie in de voorste bufferzone van de locomotief verbetert het schokabsorptievermogen. Sandwichpanelen gemaakt van 10 mm dik aluminiumschuim en dunne aluminiumplaten zijn 50% lichter dan originele staalplaten, terwijl de stijfheid acht keer toeneemt.