Vagoanele de tren de mare viteză sunt sudate cu materiale din aluminiu. Unele linii de tren de mare viteză trec prin regiuni frigide cu temperaturi de până la minus 30 până la 40 de grade Celsius. Unele instrumente, echipamente și provizii de viață de pe navele de cercetare în Antarctica sunt fabricate din materiale de aluminiu și trebuie să reziste la temperaturi de până la minus 60 până la 70 de grade Celsius. Navele de marfă chineze care călătoresc din Arctica în Europa folosesc, de asemenea, unele echipamente fabricate din materiale de aluminiu, iar unele dintre ele sunt expuse la temperaturi de până la minus 50 până la 60 de grade Celsius. Pot funcționa normal pe un frig atât de extrem? Nicio problemă, aliajele de aluminiu și materialele din aluminiu nu se tem de frig sau căldură extremă.

Aluminiul și aliajele de aluminiu sunt materiale excelente la temperaturi scăzute. Nu prezintă fragilitate la temperatură scăzută, cum ar fi oțelul obișnuit sau aliajele de nichel, care arată o scădere semnificativă a rezistenței și a ductilității la temperaturi scăzute. Cu toate acestea, aluminiul și aliajele de aluminiu sunt diferite. Nu prezintă nicio urmă de fragilitate la temperatură scăzută. Toate proprietățile lor mecanice cresc semnificativ pe măsură ce temperatura scade. Acest lucru este independent de compoziția materialului, indiferent dacă este vorba de aliaj de aluminiu turnat sau aliaj de aluminiu forjat, aliaj de metalurgie a pulberilor sau material compozit. De asemenea, este independent de starea materialului, fie că este în starea de procesare sau după tratament termic. Nu are legătură cu procesul de preparare a lingoului, fie că este produs prin turnare și laminare sau turnare și laminare continuă. De asemenea, nu are legătură cu procesul de extracție a aluminiului, inclusiv electroliza, reducerea termică a carbonului și extracția chimică. Acest lucru se aplică tuturor nivelurilor de puritate, de la aluminiu de proces cu puritate de 99,50% până la 99,79%, aluminiu de înaltă puritate cu puritate de 99,80% până la 99,949%, aluminiu super-puritate cu puritate de 99,950% până la 99,9959%, ​​aluminiu cu puritate extremă 99,99%. la 99,9990% puritate și aluminiu de puritate ultra-înaltă cu o puritate de peste 99,9990%. Interesant este că alte două metale ușoare, magneziul și titanul, de asemenea, nu prezintă fragilitate la temperatură scăzută.

Proprietățile mecanice ale aliajelor de aluminiu utilizate în mod obișnuit pentru vagoanele de tren de mare viteză și relația lor cu temperatura sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Vagoanele de tren de mare viteză folosesc materiale din aluminiu, cum ar fi plăci din aliaj Al-Mg seria 5005, plăci din aliaj 5052, plăci din aliaj 5083 și profile; Plăci și profile din aliaj Al-Mg-Si seria 6061, profile din aliaj 6N01, profile din aliaj 6063; Plăci și profile din aliaj Al-Zn-Mg seria 7N01, profile din aliaj 7003. Vin în stări standard: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Din datele din tabel, este evident că proprietățile mecanice ale aliajelor de aluminiu cresc pe măsură ce temperatura scade. Prin urmare, aluminiul este un excelent material structural la temperatură joasă, potrivit pentru utilizarea în rezervoare de combustibil la temperatură joasă pentru rachete (hidrogen lichid, oxigen lichid), nave de transport cu gaz natural lichefiat (GNL) și rezervoare pe uscat, containere pentru produse chimice la temperatură joasă, depozitare la rece. , camioane frigorifice și multe altele.

Componentele structurale ale trenurilor de mare viteză care circulă pe Pământ, inclusiv componentele vagoanelor și ale locomotivei, pot fi toate fabricate folosind aliaje de aluminiu existente. Nu este nevoie să cercetăm un nou aliaj de aluminiu pentru structurile de transport care operează în regiunile frigide. Cu toate acestea, dacă s-ar putea dezvolta un nou aliaj 6XXX cu performanțe cu aproximativ 10% mai mari decât aliajul 6061 sau un aliaj 7XXX cu performanțe generale cu aproximativ 8% mai mari decât aliajul 7N01, aceasta ar fi o realizare semnificativă.

În continuare, să discutăm tendințele de dezvoltare ale aliajelor de aluminiu pentru transport.

În curproducția de chirie și întreținerea vagoanelor de vehicule feroviare, plăci de aliaj precum 5052, 5083, 5454 și 6061 sunt utilizate, împreună cu profile extrudate precum 5083, 6061 și 7N01. Sunt aplicate și unele aliaje mai noi precum 5059, 5383 și 6082. Toate prezintă o sudabilitate excelentă, firele de sudare fiind de obicei aliaje 5356 sau 5556. Desigur, sudarea prin frecare cu agitare (FSW) este metoda preferată, deoarece nu numai că asigură o calitate ridicată a sudurii, ci și elimină nevoia de fire de sudură. Aliajul japonez 7N01, cu compoziția sa de Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0% și Zn 4,0 ~ 5,0% (totul în %), a găsit o utilizare pe scară largă în producția de vehicule feroviare. Germania a folosit plăci de aliaj 5005 pentru a produce pereții laterali pentru cărucioarele Trans Rapid de mare viteză și a folosit extruzii din aliaj 6061, 6063 și 6005 pentru profile. Pe scurt, până acum, atât China, cât și alte țări au aderat în mare parte la aceste aliaje pentru fabricarea trenurilor de mare viteză.

Aliaje de aluminiu pentru vagoane la 200km/h~350km/h

Putem clasifica aliajele de aluminiu pentru vagon în funcție de viteza de funcționare a trenurilor. Aliajele de prima generație sunt utilizate pentru vehiculele cu viteze sub 200 km/h și sunt aliaje convenționale utilizate în principal pentru fabricarea vagoanelor de vehicule feroviare urbane, cum ar fi aliajele 6063, 6061 și 5083. Aliajele de aluminiu de a doua generație precum 6N01, 5005, 6005A, 7003 și 7005 sunt utilizate pentru fabricarea vagoanelor de trenuri de mare viteză cu viteze cuprinse între 200 km/h și 350 km/h. Aliajele de a treia generație includ 6082 și aliajele de aluminiu care conțin scandiu.

Aliaje de aluminiu care conțin scandiu

Scandiul este unul dintre cele mai eficiente rafinatoare de cereale pentru aluminiu și este considerat un element esențial pentru optimizarea proprietăților aliajului de aluminiu. Conținutul de scandiu este de obicei mai mic de 0,5% în aliajele de aluminiu, iar aliajele care conțin scandiu sunt denumite în mod colectiv aliaje de aluminiu-scandiu (aliaje Al-Sc). Aliajele Al-Sc oferă avantaje precum rezistență ridicată, ductilitate bună, sudabilitate excelentă și rezistență la coroziune. Ele sunt utilizate în diverse aplicații, inclusiv nave, vehicule aerospațiale, reactoare și echipamente de apărare, făcându-le o nouă generație de aliaje de aluminiu potrivite pentru structurile vehiculelor feroviare.

Spuma de aluminiu

Trenurile de mare viteză se caracterizează prin sarcini ușoare pe osie, accelerații și decelerații frecvente și operațiuni supraîncărcate, care necesită ca structura vagonului să fie cât mai ușoară posibil, îndeplinind în același timp cerințele de rezistență, rigiditate, siguranță și confort. În mod clar, rezistența specifică ridicată, modulul specific și caracteristicile mari de amortizare ale spumei ultra-ușoare de aluminiu se aliniază acestor cerințe. Cercetările străine și evaluarea aplicării spumei de aluminiu în trenurile de mare viteză au arătat că tuburile de oțel umplute cu spumă de aluminiu au o capacitate de absorbție a energiei cu 35% până la 40% mai mare decât tuburile goale și o creștere cu 40% până la 50% a rezistenței la încovoiere. Acest lucru face ca stâlpii și pereții despărțitori să fie mai robusti și mai puțin predispuși la prăbușire. Utilizarea spumei de aluminiu pentru absorbția energiei în zona tampon frontală a locomotivei îmbunătățește capacitățile de absorbție a impactului. Panourile sandwich realizate din spumă de aluminiu cu grosimea de 10 mm și foi subțiri de aluminiu sunt cu 50% mai ușoare decât plăcile de oțel originale, în timp ce măresc rigiditatea de 8 ori.