Вагоны высокоскоростных поездов свариваются с использованием алюминиевых материалов. Некоторые линии высокоскоростных поездов проходят через холодные регионы с температурой от минус 30 до 40 градусов по Цельсию. Некоторые инструменты, оборудование и предметы быта на антарктических исследовательских судах изготовлены из алюминиевых материалов и должны выдерживать температуры от минус 60 до 70 градусов по Цельсию. Китайские грузовые суда, следующие из Арктики в Европу, также используют некоторое оборудование, изготовленное из алюминиевых материалов, и часть его подвергается воздействию низких температур от минус 50 до 60 градусов по Цельсию. Смогут ли они нормально работать в такой сильный мороз? Нет проблем, алюминиевые сплавы и алюминиевые материалы не боятся ни сильного холода, ни жары.

Алюминий и алюминиевые сплавы являются отличными низкотемпературными материалами. Они не проявляют низкотемпературной хрупкости, как обычные стали или никелевые сплавы, у которых при низких температурах наблюдается значительное снижение прочности и пластичности. Однако алюминий и алюминиевые сплавы разные. Они не имеют следов низкотемпературной хрупкости. Все их механические свойства существенно возрастают при понижении температуры. Это не зависит от состава материала, будь то литой алюминиевый сплав или деформируемый алюминиевый сплав, сплав порошковой металлургии или композитный материал. Он также не зависит от состояния материала: в исходном состоянии или после термообработки. Он не связан с процессом подготовки слитка, независимо от того, производится ли он методом литья и прокатки или непрерывным литьем и прокаткой. Это также не связано с процессом экстракции алюминия, включая электролиз, термическое восстановление углерода и химическую экстракцию. Это относится ко всем уровням чистоты: от технологического алюминия с чистотой от 99,50% до 99,79%, алюминия высокой чистоты с чистотой от 99,80% до 99,949%, сверхчистого алюминия с чистотой от 99,950% до 99,9959%, ​​алюминия чрезвычайной чистоты с чистотой 99,9960%. до чистоты 99,9990 % и алюминий сверхвысокой чистоты чистотой более 99,9990 %. Интересно, что два других легких металла — магний и титан — также не обладают низкотемпературной хрупкостью.

Механические свойства обычно используемых алюминиевых сплавов для вагонов высокоскоростных поездов и их зависимость от температуры показаны в таблице ниже.

В вагонах высокоскоростных поездов используются алюминиевые материалы, такие как пластины из сплава Al-Mg серии 5005, пластины из сплава 5052, пластины из сплава 5083 и профили; Пластины и профили из сплава Al-Mg-Si серии 6061, профили из сплава 6N01, профили из сплава 6063; Пластины и профили из сплава Al-Zn-Mg серии 7N01, профили из сплава 7003. Они бывают в стандартных состояниях: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Из данных таблицы видно, что механические свойства алюминиевых сплавов возрастают с понижением температуры. Таким образом, алюминий является отличным низкотемпературным конструкционным материалом, подходящим для использования в резервуарах с ракетным низкотемпературным топливом (жидкий водород, жидкий кислород), судах для перевозки сжиженного природного газа (СПГ) и береговых резервуарах, низкотемпературных контейнерах для химических продуктов, холодильных хранилищах. , рефрижераторы и многое другое.

Конструкционные компоненты высокоскоростных поездов, курсирующих по Земле, включая компоненты вагонов и локомотивов, могут быть изготовлены с использованием существующих алюминиевых сплавов. Нет необходимости исследовать новый алюминиевый сплав для конструкций вагонов, работающих в холодных регионах. Однако если бы можно было разработать новый сплав 6ХХХ с характеристиками примерно на 10% выше, чем у сплава 6061, или сплав 7ХХХ с общими характеристиками примерно на 8% выше, чем у сплава 7N01, это было бы значительным достижением.

Далее обсудим тенденции развития каретных алюминиевых сплавов.

В дворепри арендном производстве и обслуживании вагонов рельсового транспорта используются пластины из сплавов, таких как 5052, 5083, 5454 и 6061, а также экструдированные профили, такие как 5083, 6061 и 7N01. Также применяются некоторые новые сплавы, такие как 5059, 5383 и 6082. Все они обладают превосходной свариваемостью: сварочная проволока обычно изготавливается из сплавов 5356 или 5556. Конечно, сварка трением с перемешиванием (FSW) является предпочтительным методом, поскольку она не только обеспечивает высокое качество сварки, но и исключает необходимость использования сварочной проволоки. Японский сплав 7Н01, состав Mn 0,20.0,7%, Мг 1,02,0% и Zn 4,0–5,0% (все в %) нашли широкое применение в производстве рельсового транспорта. Германия использовала пластины из сплава 5005 для изготовления боковин высокоскоростных вагонов Trans Rapid, а для профилей применяла экструзии сплавов 6061, 6063 и 6005. Таким образом, до сих пор и Китай, и другие страны в основном использовали эти сплавы для производства высокоскоростных поездов.

Алюминиевые сплавы для вагонов со скоростью 200–350 км/ч

Мы можем классифицировать вагонные алюминиевые сплавы в зависимости от эксплуатационной скорости поездов. Сплавы первого поколения используются для транспортных средств со скоростью ниже 200 км/ч и представляют собой обычные сплавы, в основном используемые для изготовления вагонов городского железнодорожного транспорта, такие как сплавы 6063, 6061 и 5083. Алюминиевые сплавы второго поколения, такие как 6Н01, 5005, 6005А, 7003, 7005, используются для изготовления вагонов высокоскоростных поездов со скоростями от 200 до 350 км/ч. К сплавам третьего поколения относятся 6082 и скандийсодержащие алюминиевые сплавы.

Скандийсодержащие алюминиевые сплавы

Скандий является одним из наиболее эффективных измельчителей зерна алюминия и считается важным элементом для оптимизации свойств алюминиевых сплавов. Содержание скандия в алюминиевых сплавах обычно составляет менее 0,5%, а сплавы, содержащие скандий, вместе называются алюминиево-скандиевыми сплавами (сплавы Al-Sc). Сплавы Al-Sc обладают такими преимуществами, как высокая прочность, хорошая пластичность, отличная свариваемость и коррозионная стойкость. Они используются в различных областях применения, включая корабли, аэрокосмические аппараты, реакторы и оборонное оборудование, что делает их новым поколением алюминиевых сплавов, подходящих для конструкций железнодорожного транспорта.

Алюминиевая пена

Для высокоскоростных поездов характерны малые нагрузки на ось, частые разгоны и торможения, перегруженная работа, что требует максимально облегчения конструкции вагона при соблюдении требований прочности, жесткости, безопасности и комфорта. Очевидно, что высокая удельная прочность, удельный модуль и высокие демпфирующие характеристики сверхлегкой алюминиевой пены соответствуют этим требованиям. Зарубежные исследования и оценка применения алюминиевой пены в высокоскоростных поездах показали, что стальные трубы, наполненные алюминиевой пеной, обладают способностью поглощать энергию на 35–40% выше, чем пустые трубы, а прочность на изгиб увеличивается на 40–50%. Это делает стойки и перегородки вагонов более прочными и менее склонными к обрушению. Использование алюминиевой пены для поглощения энергии в передней буферной зоне локомотива повышает способность поглощать удары. Сэндвич-панели из пеноалюминия толщиной 10 мм и тонких алюминиевых листов на 50% легче оригинальных стальных пластин, при этом жесткость увеличивается в 8 раз.