ตู้รถไฟความเร็วสูงเชื่อมโดยใช้วัสดุอลูมิเนียม รถไฟความเร็วสูงบางสายวิ่งผ่านพื้นที่หนาวเย็นซึ่งมีอุณหภูมิต่ำถึงลบ 30 ถึง 40 องศาเซลเซียส เครื่องมือ อุปกรณ์ และอุปกรณ์ดำรงชีวิตบางอย่างบนเรือวิจัยแอนตาร์กติกทำจากวัสดุอะลูมิเนียมและจำเป็นต้องทนต่ออุณหภูมิต่ำถึงลบ 60 ถึง 70 องศาเซลเซียส เรือบรรทุกสินค้าของจีนที่เดินทางจากอาร์กติกไปยังยุโรปก็ใช้อุปกรณ์บางอย่างที่ทำจากวัสดุอลูมิเนียม และบางส่วนต้องเผชิญกับอุณหภูมิต่ำถึงลบ 50 ถึง 60 องศาเซลเซียส พวกเขาสามารถทำงานได้ตามปกติในสภาพอากาศหนาวเย็นจัดเช่นนี้หรือไม่? ไม่มีปัญหาอลูมิเนียมอัลลอยด์และวัสดุอลูมิเนียมไม่กลัวความเย็นจัดหรือความร้อนจัด

อลูมิเนียมและอลูมิเนียมอัลลอยด์เป็นวัสดุที่มีอุณหภูมิต่ำที่ดีเยี่ยม ไม่แสดงความเปราะที่อุณหภูมิต่ำเหมือนเหล็กธรรมดาหรือโลหะผสมนิกเกิล ซึ่งแสดงความแข็งแรงและความเหนียวลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิต่ำ อย่างไรก็ตามอลูมิเนียมและอลูมิเนียมอัลลอยด์นั้นแตกต่างกัน ไม่แสดงร่องรอยของความเปราะที่อุณหภูมิต่ำ คุณสมบัติทางกลทั้งหมดเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่ออุณหภูมิลดลง ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของวัสดุ ไม่ว่าจะเป็นอลูมิเนียมอัลลอยด์หล่อหรืออลูมิเนียมอัลลอยด์ดัด โลหะผสมผง หรือวัสดุคอมโพสิต นอกจากนี้ยังไม่ขึ้นกับสถานะของวัสดุ ไม่ว่าจะอยู่ในสถานะขณะแปรรูปหรือหลังการอบชุบด้วยความร้อน ไม่เกี่ยวข้องกับขั้นตอนการเตรียมโลหะ ไม่ว่าจะเป็นการผลิตโดยการหล่อและการรีดหรือการหล่อและการรีดแบบต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสกัดอะลูมิเนียม รวมถึงอิเล็กโทรไลซิส การลดความร้อนของคาร์บอน และการสกัดด้วยสารเคมี สิ่งนี้ใช้ได้กับความบริสุทธิ์ทุกระดับ ตั้งแต่อะลูมิเนียมแปรรูปที่มีความบริสุทธิ์ 99.50% ถึง 99.79% อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงที่มีความบริสุทธิ์ 99.80% ถึง 99.949% อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ขั้นสูงสุดที่มีความบริสุทธิ์ 99.950% ถึง 99.9959% อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงมากด้วย 99.9960% ถึงความบริสุทธิ์ 99.9990% และอลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า 99.9990% สิ่งที่น่าสนใจคือโลหะเบาอีกสองชนิด ได้แก่ แมกนีเซียมและไทเทเนียม ก็ไม่มีความเปราะที่อุณหภูมิต่ำเช่นกัน

สมบัติทางกลของอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับตู้รถไฟความเร็วสูงและความสัมพันธ์กับอุณหภูมิแสดงไว้ในตารางด้านล่าง

ตู้รถไฟความเร็วสูงใช้วัสดุอะลูมิเนียม เช่น แผ่นโลหะผสม Al-Mg series 5005, แผ่นโลหะผสม 5052, แผ่นโลหะผสม 5083 และโปรไฟล์ แผ่นโลหะผสมและโปรไฟล์ Al-Mg-Si ซีรีส์ 6061, โปรไฟล์โลหะผสม 6N01, โปรไฟล์โลหะผสม 6063; แผ่นโลหะผสมและโปรไฟล์ Al-Zn-Mg ซีรี่ส์ 7N01, โปรไฟล์โลหะผสม 7003 มีสถานะมาตรฐาน: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6

จากข้อมูลในตารางจะเห็นได้ชัดว่าคุณสมบัติทางกลของอะลูมิเนียมอัลลอยด์จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง ดังนั้น อลูมิเนียมจึงเป็นวัสดุโครงสร้างที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเยี่ยม เหมาะสำหรับใช้ในถังเชื้อเพลิงอุณหภูมิต่ำจรวด (ไฮโดรเจนเหลว ออกซิเจนเหลว) เรือขนส่งก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) และถังบนบก ภาชนะบรรจุผลิตภัณฑ์เคมีที่อุณหภูมิต่ำ ห้องเย็น ,รถบรรทุกห้องเย็น และอื่นๆ

ส่วนประกอบโครงสร้างของรถไฟความเร็วสูงที่วิ่งบนโลก รวมถึงส่วนประกอบของตู้รถไฟและหัวรถจักร สามารถผลิตได้โดยใช้อะลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีอยู่ ไม่จำเป็นต้องวิจัยอะลูมิเนียมอัลลอยด์ชนิดใหม่สำหรับโครงสร้างการขนส่งที่ทำงานในพื้นที่หนาวเย็น อย่างไรก็ตาม หากโลหะผสม 6XXX ใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าโลหะผสม 6061 ประมาณ 10% หรือโลหะผสม 7XXX ที่มีประสิทธิภาพโดยรวมสูงกว่าโลหะผสม 7N01 ประมาณ 8% สามารถพัฒนาได้ นั่นจะเป็นความสำเร็จที่สำคัญ

ต่อไป เราจะมาหารือถึงแนวโน้มการพัฒนาของโลหะผสมอลูมิเนียมสำหรับการขนส่ง

ในโค้งให้เช่าผลิตและบำรุงรักษาตู้โดยสารรถราง ใช้แผ่นโลหะผสม เช่น 5052, 5083, 5454 และ 6061 พร้อมด้วยโปรไฟล์อัดขึ้นรูป เช่น 5083, 6061 และ 7N01 โลหะผสมรุ่นใหม่บางชนิด เช่น 5059, 5383 และ 6082 ก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน ลวดเชื่อมทั้งหมดมีความสามารถในการเชื่อมที่ดีเยี่ยม โดยลวดเชื่อมโดยทั่วไปจะเป็นโลหะผสม 5356 หรือ 5556 แน่นอนว่าการเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวน (FSW) เป็นวิธีที่นิยมใช้ เนื่องจากไม่เพียงแต่รับประกันคุณภาพการเชื่อมที่สูง แต่ยังไม่จำเป็นต้องใช้ลวดเชื่อมอีกด้วย โลหะผสม 7N01 ของญี่ปุ่น ซึ่งมีองค์ประกอบ Mn 0.200.7%, มก. 1.02.0% และ Zn 4.0~5.0% (คิดเป็น %) พบว่ามีการใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตรถราง เยอรมนีใช้แผ่นโลหะผสม 5005 เพื่อผลิตผนังด้านข้างสำหรับรถม้า Trans Rapid ความเร็วสูง และใช้การอัดขึ้นรูปโลหะผสม 6061, 6063 และ 6005 สำหรับโปรไฟล์ โดยสรุป จนถึงขณะนี้ ทั้งจีนและประเทศอื่นๆ ต่างยึดมั่นในโลหะผสมเหล่านี้เพื่อการผลิตรถไฟความเร็วสูงเป็นส่วนใหญ่

อลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับรถม้าที่ความเร็ว 200 กม./ชม.~350 กม./ชม

เราสามารถจัดหมวดหมู่อลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับตู้โดยสารตามความเร็วในการเดินรถของรถไฟ โลหะผสมรุ่นแรกใช้สำหรับยานพาหนะที่มีความเร็วต่ำกว่า 200 กม./ชม. และเป็นโลหะผสมทั่วไปที่ใช้เป็นหลักในการผลิตตู้โดยสารรถรางในเมือง เช่น โลหะผสม 6063, 6061 และ 5083 อลูมิเนียมอัลลอยด์รุ่นที่สอง เช่น 6N01, 5005, 6005A, 7003 และ 7005 ใช้สำหรับการผลิตตู้โดยสารของรถไฟความเร็วสูงที่มีความเร็วตั้งแต่ 200 กม./ชม. ถึง 350 กม./ชม. โลหะผสมรุ่นที่สาม ได้แก่ 6082 และโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีสแกนเดียม

อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ประกอบด้วยสแกนเดียม

Scandium เป็นหนึ่งในเครื่องกลั่นเกรนที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับอะลูมิเนียม และถือเป็นองค์ประกอบสำคัญในการปรับคุณสมบัติของโลหะผสมอะลูมิเนียมให้เหมาะสม โดยทั่วไปปริมาณสแกนเดียมจะน้อยกว่า 0.5% ในอะลูมิเนียมอัลลอยด์ และอัลลอยด์ที่มีสแกนเดียมเรียกรวมกันว่าโลหะผสมอะลูมิเนียม-สแกนเดียม (โลหะผสม Al-Sc) โลหะผสม Al-Sc มีข้อดี เช่น มีความแข็งแรงสูง ความเหนียวที่ดี ความสามารถในการเชื่อมที่ดีเยี่ยม และความต้านทานการกัดกร่อน พวกมันถูกนำไปใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงเรือ ยานพาหนะการบินและอวกาศ เครื่องปฏิกรณ์ และอุปกรณ์ป้องกัน ทำให้พวกมันกลายเป็นโลหะผสมอะลูมิเนียมเจเนอเรชั่นใหม่ที่เหมาะสำหรับโครงสร้างยานพาหนะทางรถไฟ

อลูมิเนียมโฟม

รถไฟความเร็วสูงมีลักษณะเฉพาะคือรับน้ำหนักที่เพลาเบา การเร่งความเร็วและลดความเร็วบ่อยครั้ง และการปฏิบัติงานที่บรรทุกมากเกินไป ซึ่งต้องการให้โครงสร้างตู้บรรทุกมีน้ำหนักเบาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในขณะเดียวกันก็เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็งแกร่ง ความแข็งแกร่ง ความปลอดภัย และความสะดวกสบาย เห็นได้ชัดเจนว่าโฟมอะลูมิเนียมน้ำหนักเบาพิเศษมีความแข็งแรงจำเพาะสูง โมดูลัสจำเพาะ และคุณลักษณะการหน่วงสูง สอดคล้องกับข้อกำหนดเหล่านี้ การวิจัยและประเมินผลจากต่างประเทศเกี่ยวกับการใช้โฟมอลูมิเนียมในรถไฟความเร็วสูงแสดงให้เห็นว่าท่อเหล็กที่เติมโฟมอลูมิเนียมมีความสามารถในการดูดซับพลังงานสูงกว่าหลอดเปล่าถึง 35% ถึง 40% และมีความแข็งแรงดัดงอเพิ่มขึ้น 40% ถึง 50% ทำให้เสาและฉากกั้นรถมีความแข็งแรงมากขึ้นและมีแนวโน้มที่จะพังทลายน้อยลง การใช้โฟมอะลูมิเนียมในการดูดซับพลังงานในบริเวณกันชนหน้าของหัวรถจักรช่วยเพิ่มความสามารถในการดูดซับแรงกระแทก แผงแซนวิชทำจากโฟมอลูมิเนียมหนา 10 มม. และแผ่นอลูมิเนียมบางมีน้ำหนักเบากว่าแผ่นเหล็กแบบเดิมถึง 50% พร้อมความแข็งเพิ่มขึ้น 8 เท่า