Höghastighetstågvagnar är svetsade med aluminiummaterial. Vissa höghastighetståg linjer passerar genom kyliga områden med temperaturer så låga som minus 30 till 40 grader Celsius. Vissa instrument, utrustning och levande förnödenheter på antarktiska forskningsfartyg är gjorda av aluminiummaterial och måste tåla temperaturer så låga som minus 60 till 70 grader Celsius. Kinesiska lastfartyg som reser från Arktis till Europa använder också en del utrustning gjord av aluminiummaterial, och en del av den utsätts för temperaturer så låga som minus 50 till 60 grader Celsius. Kan de fungera normalt i sådan extrem kyla? Inga problem, aluminiumlegeringar och aluminiummaterial är inte rädda för extrem kyla eller värme.

Aluminium och aluminiumlegeringar är utmärkta lågtemperaturmaterial. De uppvisar inte sprödhet vid låg temperatur som vanligt stål eller nickellegeringar, som visar en signifikant minskning av styrka och duktilitet vid låga temperaturer. Men aluminium och aluminiumlegeringar är olika. De uppvisar inga spår av sprödhet vid låg temperatur. Alla deras mekaniska egenskaper ökar avsevärt när temperaturen sjunker. Detta är oberoende av materialets sammansättning, oavsett om det är gjuten aluminiumlegering eller bearbetad aluminiumlegering, pulvermetallurgisk legering eller kompositmaterial. Det är också oberoende av materialets tillstånd, oavsett om det är i bearbetat tillstånd eller efter värmebehandling. Det är inte relaterat till götberedningsprocessen, oavsett om det produceras genom gjutning och valsning eller kontinuerlig gjutning och valsning. Det är inte heller relaterat till aluminiumextraktionsprocessen, inklusive elektrolys, termisk kolreduktion och kemisk extraktion. Detta gäller alla nivåer av renhet, från processaluminium med 99,50 % till 99,79 % renhet, högrent aluminium med 99,80 % till 99,949 % renhet, superrent aluminium med 99,950 % till 99,9959 % renhet, extrem renhet 9 % aluminium.9 till 99,9990 % renhet och ultrahög renhet aluminium med över 99,9990 % renhet. Intressant är att två andra lättmetaller, magnesium och titan, inte heller uppvisar sprödhet vid låg temperatur.

De mekaniska egenskaperna hos vanliga aluminiumlegeringar för höghastighetstågvagnar och deras förhållande till temperaturen visas i tabellen nedan.

Höghastighetstågvagnar använder aluminiummaterial såsom Al-Mg-serien 5005 legeringsplåtar, 5052 legeringsplåtar, 5083 legeringsplåtar och profiler; Al-Mg-Si serie 6061 legeringsplattor och profiler, 6N01 legeringsprofiler, 6063 legeringsprofiler; Al-Zn-Mg serie 7N01 legeringsplattor och profiler, 7003 legeringsprofiler. De finns i standardtillstånd: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Av data i tabellen är det uppenbart att de mekaniska egenskaperna hos aluminiumlegeringar ökar när temperaturen sjunker. Därför är aluminium ett utmärkt lågtemperaturstrukturmaterial lämpligt för användning i rakettankar för lågtemperaturbränsle (flytande väte, flytande syre), transportfartyg för flytande naturgas (LNG) och landbaserade tankar, lågtemperaturbehållare för kemiska produkter, kylförvaring , kylbilar och mer.

De strukturella komponenterna i höghastighetståg som körs på jorden, inklusive vagnar och lokomotivkomponenter, kan alla tillverkas med hjälp av befintliga aluminiumlegeringar. Det finns inget behov av att undersöka en ny aluminiumlegering för vagnkonstruktioner som arbetar i kyliga områden. Men om en ny 6XXX-legering med prestanda cirka 10 % högre än 6061-legering eller en 7XXX-legering med total prestanda cirka 8 % högre än 7N01-legering kunde utvecklas, skulle det vara en betydande prestation.

Låt oss sedan diskutera utvecklingstrenderna för aluminiumlegeringar för vagnar.

I curhyra tillverkning och underhåll av spårvagnar, legeringsplåtar som 5052, 5083, 5454 och 6061 används tillsammans med extruderade profiler som 5083, 6061 och 7N01. Vissa nyare legeringar som 5059, 5383 och 6082 används också. De uppvisar alla utmärkt svetsbarhet, med svetstrådar som vanligtvis är 5356 eller 5556 legeringar. Naturligtvis är friction stir welding (FSW) den föredragna metoden, eftersom den inte bara säkerställer hög svetskvalitet utan även eliminerar behovet av svetstrådar. Japans 7N01-legering, med sammansättningen Mn 0,200,7 %, Mg 1,02,0%, och Zn 4,0~5,0% (allt i %), har funnit utbredd användning vid tillverkning av järnvägsfordon. Tyskland använde 5005-legeringsplåtar för att tillverka sidoväggar för höghastighetstrans Rapid-vagnar och använde 6061, 6063 och 6005 legeringsprofiler för profiler. Sammanfattningsvis, fram till nu har både Kina och andra länder mestadels hållit sig till dessa legeringar för tillverkning av höghastighetståg.

Aluminiumlegeringar för vagnar i 200km/h~350km/h

Vi kan kategorisera vagnaluminiumlegeringar baserat på tågens drifthastighet. Den första generationens legeringar används för fordon med hastigheter under 200 km/h och är konventionella legeringar som främst används för tillverkning av vagnar för stadsspår, såsom 6063, 6061 och 5083 legeringar. Andra generationens aluminiumlegeringar som 6N01, 5005, 6005A, 7003 och 7005 används för att tillverka vagnar av höghastighetståg med hastigheter från 200 km/h till 350 km/h. Tredje generationens legeringar inkluderar 6082 och scandium-innehållande aluminiumlegeringar.

Scandium-innehållande aluminiumlegeringar

Scandium är en av de mest effektiva spannmålsraffinörerna för aluminium och anses vara ett väsentligt element för att optimera aluminiumlegeringsegenskaper. Innehållet av skandium är vanligtvis mindre än 0,5 % i aluminiumlegeringar, och legeringar som innehåller skandium kallas gemensamt för aluminium-skandiumlegeringar (Al-Sc-legeringar). Al-Sc-legeringar erbjuder fördelar som hög hållfasthet, god duktilitet, utmärkt svetsbarhet och korrosionsbeständighet. De används i olika applikationer, inklusive fartyg, rymdfarkoster, reaktorer och försvarsutrustning, vilket gör dem till en ny generation av aluminiumlegeringar lämpliga för järnvägsfordon.

Aluminiumskum

Höghastighetståg kännetecknas av lätta axellaster, frekventa accelerationer och retardationer och överbelastade operationer, vilket kräver att vagnstrukturen är så lätt som möjligt samtidigt som den uppfyller kraven på styrka, styvhet, säkerhet och komfort. Det är uppenbart att det ultralätta aluminiumskummets höga specifika hållfasthet, specifika modul och höga dämpningsegenskaper överensstämmer med dessa krav. Utländsk forskning och utvärdering av användningen av aluminiumskum i höghastighetståg har visat att aluminiumskumfyllda stålrör har en 35 % till 40 % högre energiupptagningsförmåga än tomma rör och en 40 % till 50 % ökning av böjhållfastheten. Detta gör vagnens pelare och skiljeväggar mer robusta och mindre benägna att kollapsa. Att använda aluminiumskum för energiabsorption i lokets främre buffertzon förbättrar stötdämpningsförmågan. Sandwichpaneler gjorda av 10 mm tjockt aluminiumskum och tunna aluminiumplåtar är 50 % lättare än originalstålplåtar samtidigt som de ökar styvheten med 8 gånger.