Høyhastighetstogvogner er sveiset ved hjelp av aluminiumsmaterialer. Noen høyhastighetstoglinjer passerer gjennom iskalde områder med temperaturer så lave som minus 30 til 40 grader Celsius. Noen instrumenter, utstyr og forsyninger på antarktiske forskningsfartøy er laget av aluminiumsmaterialer og må tåle temperaturer så lave som minus 60 til 70 grader Celsius. Kinesiske lasteskip som reiser fra Arktis til Europa bruker også noe utstyr laget av aluminiumsmaterialer, og noe av det utsettes for temperaturer så lave som minus 50 til 60 grader Celsius. Kan de fungere normalt i så ekstrem kulde? Ikke noe problem, aluminiumslegeringer og aluminiumsmaterialer er ikke redde for ekstrem kulde eller varme.

Aluminium og aluminiumslegeringer er utmerkede lavtemperaturmaterialer. De viser ikke sprøhet ved lav temperatur som vanlig stål eller nikkellegeringer, som viser en betydelig reduksjon i styrke og duktilitet ved lave temperaturer. Imidlertid er aluminium og aluminiumslegeringer forskjellige. De viser ingen spor av sprøhet ved lav temperatur. Alle deres mekaniske egenskaper øker betydelig når temperaturen synker. Dette er uavhengig av materialets sammensetning, enten det er støpt aluminiumslegering eller bearbeidet aluminiumslegering, pulvermetallurgisk legering eller komposittmateriale. Det er også uavhengig av materialets tilstand, enten det er i prosessert tilstand eller etter varmebehandling. Det er ikke relatert til ingot-forberedelsesprosessen, enten det er produsert ved støping og valsing eller kontinuerlig støping og valsing. Det er heller ikke relatert til aluminiumekstraksjonsprosessen, inkludert elektrolyse, termisk karbonreduksjon og kjemisk ekstraksjon. Dette gjelder alle nivåer av renhet, fra prosessaluminium med 99,50 % til 99,79 % renhet, høyrent aluminium med 99,80 % til 99,949 % renhet, superrent aluminium med 99,950 % til 99,9959 % renhet, ekstrem renhet 9 % aluminum.99 med 9 % renhet. til 99,9990 % renhet, og ultrahøyrent aluminium med over 99,9990 % renhet. Interessant nok viser to andre lettmetaller, magnesium og titan, heller ikke sprøhet ved lav temperatur.

De mekaniske egenskapene til vanlig brukte aluminiumslegeringer for høyhastighetstogvogner og deres forhold til temperaturen er vist i tabellen nedenfor.

Høyhastighetstogvogner bruker aluminiumsmaterialer som Al-Mg serie 5005 legeringsplater, 5052 legeringsplater, 5083 legeringsplater og profiler; Al-Mg-Si serie 6061 legeringsplater og profiler, 6N01 legeringsprofiler, 6063 legeringsprofiler; Al-Zn-Mg serie 7N01 legeringsplater og profiler, 7003 legeringsprofiler. De kommer i standardtilstander: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Fra dataene i tabellen er det tydelig at de mekaniske egenskapene til aluminiumslegeringer øker når temperaturen synker. Derfor er aluminium et utmerket lavtemperatur-konstruksjonsmateriale egnet for bruk i rakett-lavtemperatur-drivstofftanker (flytende hydrogen, flytende oksygen), flytende naturgass (LNG) transportskip og landtanker, lavtemperaturbeholdere for kjemiske produkter, kjølelager , kjølebiler og mer.

De strukturelle komponentene til høyhastighetstog som kjører på jorden, inkludert vogn- og lokomotivkomponenter, kan alle produseres ved bruk av eksisterende aluminiumslegeringer. Det er ikke nødvendig å forske på en ny aluminiumslegering for vognkonstruksjoner som opererer i iskalde områder. Imidlertid, hvis en ny 6XXX-legering med ytelse omtrent 10 % høyere enn 6061-legering eller en 7XXX-legering med total ytelse omtrent 8 % høyere enn 7N01-legering kunne utvikles, ville det være en betydelig prestasjon.

La oss deretter diskutere utviklingstrendene for vognaluminiumslegeringer.

I curleie produksjon og vedlikehold av jernbanevogner, legeringsplater som 5052, 5083, 5454 og 6061 brukes, sammen med ekstruderte profiler som 5083, 6061 og 7N01. Noen nyere legeringer som 5059, 5383 og 6082 blir også brukt. De viser alle utmerket sveisbarhet, med sveisetråder som typisk er 5356 eller 5556 legeringer. Selvfølgelig er friction stir welding (FSW) den foretrukne metoden, siden den ikke bare sikrer høy sveisekvalitet, men også eliminerer behovet for sveisetråder. Japans 7N01-legering, med sammensetningen Mn 0,200,7 %, Mg 1,02,0%, og Zn 4,0~5,0% (alt i %), har funnet utbredt bruk i produksjon av jernbanekjøretøyer. Tyskland brukte 5005 legeringsplater for å produsere sidevegger for høyhastighets Trans Rapid-vogner og brukte 6061, 6063 og 6005 legeringsekstruderinger for profiler. Oppsummert, til nå har både Kina og andre land stort sett holdt seg til disse legeringene for høyhastighetstogproduksjon.

Aluminiumslegeringer for vogner ved 200 km/t~350 km/t

Vi kan kategorisere vognaluminiumslegeringer basert på togenes driftshastighet. Førstegenerasjons legeringer brukes til kjøretøy med hastigheter under 200 km/t og er konvensjonelle legeringer som hovedsakelig brukes til produksjon av bybanevogner, for eksempel 6063, 6061 og 5083 legeringer. Andre generasjons aluminiumslegeringer som 6N01, 5005, 6005A, 7003 og 7005 brukes til å produsere vogner av høyhastighetstog med hastigheter fra 200 km/t til 350 km/t. Tredje generasjons legeringer inkluderer 6082 og scandiumholdige aluminiumslegeringer.

Scandiumholdige aluminiumslegeringer

Scandium er en av de mest effektive kornforederne for aluminium og regnes som et essensielt element for å optimalisere aluminiumslegeringsegenskaper. Innhold av skandium er typisk mindre enn 0,5 % i aluminiumslegeringer, og legeringer som inneholder skandium omtales samlet som aluminium-skandium-legeringer (Al-Sc-legeringer). Al-Sc-legeringer tilbyr fordeler som høy styrke, god duktilitet, utmerket sveisbarhet og korrosjonsbestandighet. De brukes i ulike applikasjoner, inkludert skip, romfartskjøretøyer, reaktorer og forsvarsutstyr, noe som gjør dem til en ny generasjon aluminiumslegeringer egnet for jernbanekjøretøykonstruksjoner.

Aluminiumskum

Høyhastighetstog er preget av lette aksellaster, hyppig akselerasjon og retardasjon, og overbelastede operasjoner, som krever at vognstrukturen er så lett som mulig samtidig som den oppfyller kravene til styrke, stivhet, sikkerhet og komfort. Det er tydelig at det ultralette aluminiumskummets høye spesifikke styrke, spesifikke modul og høye dempingsegenskaper stemmer overens med disse kravene. Utenlandsk forskning og evaluering av bruken av aluminiumskum i høyhastighetstog har vist at aluminiumskumfylte stålrør har en 35 % til 40 % høyere energiabsorpsjonsevne enn tomme rør og en 40 % til 50 % økning i bøyestyrke. Dette gjør vognstolper og skillevegger mer robuste og mindre utsatt for å kollapse. Bruk av aluminiumskum for energiabsorbering i lokomotivets frontbuffersone forbedrer støtabsorberingsevnen. Sandwichpaneler laget av 10 mm tykt aluminiumskum og tynne aluminiumsplater er 50 % lettere enn originale stålplater samtidig som de øker stivheten med 8 ganger.