Vagoni vlakov za visoke hitrosti so varjeni z aluminijastimi materiali. Nekatere proge hitrih vlakov potekajo skozi hladna območja s temperaturami od minus 30 do 40 stopinj Celzija. Nekateri instrumenti, oprema in bivalne potrebščine na antarktičnih raziskovalnih ladjah so izdelani iz aluminijastih materialov in morajo prenesti temperature od minus 60 do 70 stopinj Celzija. Kitajske tovorne ladje, ki potujejo iz Arktike v Evropo, uporabljajo tudi nekaj opreme iz aluminijastih materialov, nekatere pa so izpostavljene temperaturam od minus 50 do 60 stopinj Celzija. Ali lahko normalno delujejo v tako hudem mrazu? Ni problema, aluminijeve zlitine in aluminijevi materiali se ne bojijo ekstremnega mraza ali vročine.

Aluminij in aluminijeve zlitine so odlični nizkotemperaturni materiali. Ne kažejo nizkotemperaturne krhkosti kot običajno jeklo ali nikljeve zlitine, ki kažejo znatno zmanjšanje trdnosti in duktilnosti pri nizkih temperaturah. Vendar pa so aluminij in aluminijeve zlitine različni. Ne kažejo nobene sledi nizkotemperaturne krhkosti. Z nižanjem temperature se vse njihove mehanske lastnosti bistveno povečajo. To je neodvisno od sestave materiala, ne glede na to, ali gre za lito aluminijevo zlitino ali kovano aluminijevo zlitino, zlitino praškaste metalurgije ali kompozitni material. Prav tako je neodvisen od stanja materiala, ali je v stanju po obdelavi ali po toplotni obdelavi. Ni povezano s postopkom priprave ingota, ne glede na to, ali je proizveden z litjem in valjanjem ali z neprekinjenim litjem in valjanjem. Prav tako ni povezan s postopkom ekstrakcije aluminija, vključno z elektrolizo, toplotno redukcijo ogljika in kemično ekstrakcijo. To velja za vse stopnje čistosti, od obdelanega aluminija s čistostjo 99,50 % do 99,79 %, aluminija visoke čistosti s čistostjo 99,80 % do 99,949 %, aluminija super čistosti s čistostjo 99,950 % do 99,9959 %, aluminija ekstremne čistosti z 99,9960 % do 99,9990 % čistosti in aluminij ultra visoke čistosti z več kot 99,9990 % čistostjo. Zanimivo je, da dve drugi lahki kovini, magnezij in titan, prav tako ne kažeta nizkotemperaturne krhkosti.

Mehanske lastnosti običajno uporabljenih aluminijevih zlitin za vagone vlakov za visoke hitrosti in njihov odnos s temperaturo so prikazani v spodnji tabeli.

Vagoni vlakov za visoke hitrosti uporabljajo aluminijaste materiale, kot so plošče iz zlitin Al-Mg serije 5005, plošče iz zlitin 5052, plošče iz zlitin 5083 in profili; Plošče in profili iz zlitine Al-Mg-Si serije 6061, profili iz zlitine 6N01, profili iz zlitine 6063; Plošče in profili iz zlitine Al-Zn-Mg serije 7N01, profili iz zlitine 7003. Na voljo so v standardnih stanjih: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Iz podatkov v tabeli je razvidno, da se mehanske lastnosti aluminijevih zlitin povečujejo z nižanjem temperature. Zato je aluminij odličen nizkotemperaturni konstrukcijski material, primeren za uporabo v rezervoarjih za raketno nizkotemperaturno gorivo (tekoči vodik, tekoči kisik), transportnih ladjah za utekočinjeni zemeljski plin (LNG) in rezervoarjih na kopnem, zabojnikih za nizkotemperaturne kemične izdelke, hladilnicah , tovornjaki hladilniki in drugo.

Strukturne komponente vlakov za visoke hitrosti, ki vozijo po Zemlji, vključno s komponentami vagonov in lokomotiv, je mogoče izdelati z uporabo obstoječih aluminijevih zlitin. Ni potrebe po raziskovanju nove aluminijeve zlitine za konstrukcije vozičkov, ki delujejo v hladnih regijah. Če pa bi lahko razvili novo zlitino 6XXX z zmogljivostjo, ki je približno 10 % višja od zlitine 6061, ali zlitino 7XXX s skupno zmogljivostjo, ki je približno 8 % višja od zlitine 7N01, bi bil to pomemben dosežek.

Nato se pogovorimo o razvojnih trendih aluminijevih zlitin.

V curkuza proizvodnjo in vzdrževanje vagonov tirnih vozil, se uporabljajo plošče iz zlitin, kot so 5052, 5083, 5454 in 6061, skupaj z ekstrudiranimi profili, kot so 5083, 6061 in 7N01. Uporabljajo se tudi nekatere novejše zlitine, kot so 5059, 5383 in 6082. Vsi imajo odlično varivost, pri čemer so varilne žice običajno iz zlitin 5356 ali 5556. Seveda je prednostna metoda varjenje s trenjem in mešanjem (FSW), saj ne le zagotavlja visoko kakovost varjenja, ampak tudi odpravlja potrebo po varilnih žicah. Japonska zlitina 7N01 s sestavo Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0 % in Zn 4,0 ~ 5,0 % (vse v %), je našel široko uporabo v proizvodnji tirnih vozil. Nemčija je uporabila plošče iz zlitine 5005 za izdelavo stranskih sten za vozičke za visoke hitrosti Trans Rapid in uporabila ekstrudirane zlitine 6061, 6063 in 6005 za profile. Če povzamemo, do zdaj so tako Kitajska kot druge države večinoma uporabljale te zlitine za proizvodnjo vlakov za visoke hitrosti.

Aluminijeve zlitine za kočije pri 200 km/h ~ 350 km/h

Aluminijeve zlitine za vagone lahko kategoriziramo glede na delovno hitrost vlakov. Zlitine prve generacije se uporabljajo za vozila s hitrostmi pod 200 km/h in so običajne zlitine, ki se uporabljajo predvsem za proizvodnjo vagonov mestnih tirnic, kot so zlitine 6063, 6061 in 5083. Aluminijeve zlitine druge generacije, kot so 6N01, 5005, 6005A, 7003 in 7005, se uporabljajo za izdelavo vagonov vlakov za visoke hitrosti s hitrostmi od 200 km/h do 350 km/h. Zlitine tretje generacije vključujejo 6082 in aluminijeve zlitine, ki vsebujejo skandij.

Aluminijeve zlitine, ki vsebujejo skandij

Skandij je eden najučinkovitejših čistilcev aluminija in velja za bistveni element za optimizacijo lastnosti aluminijevih zlitin. Vsebnost skandija je običajno manjša od 0,5 % v aluminijevih zlitinah, zlitine, ki vsebujejo skandij, pa se skupaj imenujejo zlitine aluminij-skandij (Al-Sc zlitine). Al-Sc zlitine nudijo prednosti, kot so visoka trdnost, dobra duktilnost, odlična varivost in odpornost proti koroziji. Uporabljajo se v različnih aplikacijah, vključno z ladjami, vesoljskimi vozili, reaktorji in obrambno opremo, zaradi česar so nova generacija aluminijevih zlitin, primernih za konstrukcije železniških vozil.

Aluminijasta pena

Za vlake za visoke hitrosti so značilne lahke osne obremenitve, pogosto pospeševanje in zaviranje ter preobremenjene operacije, ki zahtevajo, da je struktura vagona čim lažja, hkrati pa izpolnjuje zahteve glede trdnosti, togosti, varnosti in udobja. Jasno je, da so visoka specifična trdnost, specifični modul in visoke lastnosti dušenja ultra lahke aluminijaste pene v skladu s temi zahtevami. Tuje raziskave in ocene uporabe aluminijaste pene v vlakih za visoke hitrosti so pokazale, da imajo jeklene cevi, polnjene z aluminijasto peno, 35- do 40-odstotno večjo sposobnost absorpcije energije kot prazne cevi in ​​40- do 50-odstotno povečanje upogibne trdnosti. Zaradi tega so stebri in predelne stene vozičkov bolj robustni in manj nagnjeni k zrušitvi. Uporaba aluminijeve pene za absorpcijo energije v sprednjem odbojnem območju lokomotive poveča zmožnosti absorpcije udarca. Sendvič plošče iz 10 mm debele aluminijeve pene in tankih aluminijastih plošč so 50 % lažje od originalnih jeklenih plošč, hkrati pa povečajo togost za 8-krat.