Ang mga high-speed na karwahe ng tren ay hinangin gamit ang mga materyales na aluminyo. Ang ilang high-speed na linya ng tren ay dumadaan sa mga malamig na rehiyon na may mga temperatura na kasingbaba ng minus 30 hanggang 40 degrees Celsius. Ang ilang mga instrumento, kagamitan, at mga panustos sa buhay sa mga sasakyang pang-pananaliksik sa Antarctic ay gawa sa mga materyales na aluminyo at kailangang makatiis sa mga temperatura na kasingbaba ng minus 60 hanggang 70 degrees Celsius. Gumagamit din ang mga cargo ship ng China na naglalakbay mula sa Arctic patungong Europa ng ilang kagamitan na gawa sa mga materyales na aluminyo, at ang ilan sa mga ito ay nakalantad sa mga temperatura na kasingbaba ng minus 50 hanggang 60 degrees Celsius. Maaari ba silang gumana nang normal sa sobrang lamig? Walang problema, ang mga aluminyo na haluang metal at mga materyales na aluminyo ay hindi natatakot sa matinding lamig o init.

Ang mga aluminyo at aluminyo na haluang metal ay mahusay na mga materyales sa mababang temperatura. Hindi sila nagpapakita ng mababang-temperatura na brittleness tulad ng ordinaryong bakal o nickel alloys, na nagpapakita ng makabuluhang pagbaba sa lakas at ductility sa mababang temperatura. Gayunpaman, ang mga aluminyo at aluminyo na haluang metal ay magkaiba. Hindi sila nagpapakita ng anumang bakas ng mababang temperatura na brittleness. Ang lahat ng kanilang mga mekanikal na katangian ay makabuluhang tumaas habang bumababa ang temperatura. Ito ay independiyente sa komposisyon ng materyal, ito man ay cast aluminum alloy o wrought aluminum alloy, powder metallurgy alloy, o composite material. Ito ay independiyente rin sa katayuan ng materyal, kung ito ay nasa bilang-prosesong estado o pagkatapos ng heat treatment. Ito ay walang kaugnayan sa proseso ng paghahanda ng ingot, ito man ay ginawa sa pamamagitan ng pag-cast at pag-roll o patuloy na pag-cast at rolling. Wala rin itong kaugnayan sa proseso ng pagkuha ng aluminyo, kabilang ang electrolysis, carbon thermal reduction, at chemical extraction. Nalalapat ito sa lahat ng antas ng kadalisayan, mula sa proseso ng aluminyo na may 99.50% hanggang 99.79% na kadalisayan, mataas na kadalisayan na aluminyo na may 99.80% hanggang 99.949% na kadalisayan, super-kadalisayan na aluminyo na may 99.950% hanggang 99.9959% na kadalisayan, matinding-kadalisayan na aluminyo na may 99.99% sa 99.9990% purity, at ultra-high-purity aluminum na may higit sa 99.9990% purity. Kapansin-pansin, ang dalawang iba pang magaan na metal, magnesium at titanium, ay hindi rin nagpapakita ng mababang-temperatura na brittleness.

Ang mga mekanikal na katangian ng mga karaniwang ginagamit na aluminyo na haluang metal para sa mga high-speed na karwahe ng tren at ang kanilang kaugnayan sa temperatura ay ipinapakita sa talahanayan sa ibaba.

Ang mga high-speed na karwahe ng tren ay gumagamit ng mga materyales na aluminyo tulad ng Al-Mg series 5005 alloy plates, 5052 alloy plates, 5083 alloy plates, at mga profile; Al-Mg-Si series 6061 alloy plate at profile, 6N01 alloy profile, 6063 alloy profile; Al-Zn-Mg series 7N01 alloy plates at profiles, 7003 alloy profiles. Dumating sila sa mga karaniwang estado: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Mula sa data sa talahanayan, maliwanag na ang mga mekanikal na katangian ng mga aluminyo na haluang metal ay tumataas habang bumababa ang temperatura. Samakatuwid, ang aluminyo ay isang mahusay na materyal na istruktura na may mababang temperatura na angkop para sa paggamit sa mga rocket na low-temperature fuel (liquid hydrogen, liquid oxygen) tank, liquefied natural gas (LNG) transport ships at onshore tank, low-temperature chemical product container, cold storage , mga trak na pinalamig, at higit pa.

Ang mga istrukturang bahagi ng mga high-speed na tren na tumatakbo sa Earth, kabilang ang mga bahagi ng karwahe at lokomotibo, ay lahat ay maaaring gawin gamit ang mga umiiral na aluminum alloy. Hindi na kailangang magsaliksik ng bagong aluminyo na haluang metal para sa mga istruktura ng karwahe na tumatakbo sa mga malamig na rehiyon. Gayunpaman, kung ang isang bagong 6XXX na haluang metal na may pagganap na humigit-kumulang 10% na mas mataas kaysa sa 6061 na haluang metal o isang 7XXX na haluang metal na may kabuuang pagganap na humigit-kumulang 8% na mas mataas kaysa sa 7N01 na haluang metal ay maaaring mabuo, iyon ay magiging isang makabuluhang tagumpay.

Susunod, talakayin natin ang mga uso sa pag-unlad ng mga haluang metal ng karwahe.

Sa current manufacturing at maintenance ng rail vehicle carriages, alloy plates gaya ng 5052, 5083, 5454, at 6061 ay ginagamit, kasama ng extruded profiles gaya ng 5083, 6061, at 7N01. Ang ilang mga mas bagong haluang metal tulad ng 5059, 5383, at 6082 ay inilalapat din. Lahat sila ay nagpapakita ng mahusay na weldability, na may mga welding wire na karaniwang 5356 o 5556 na haluang metal. Siyempre, ang friction stir welding (FSW) ay ang ginustong paraan, dahil hindi lamang nito tinitiyak ang mataas na kalidad ng hinang ngunit inaalis din ang pangangailangan para sa mga welding wire. 7N01 alloy ng Japan, na may komposisyon na Mn 0.200.7%, Mg 1.02.0%, at Zn 4.0~5.0% (lahat sa %), ay natagpuan ang malawakang paggamit sa paggawa ng mga sasakyang riles. Gumamit ang Germany ng 5005 alloy plate upang makagawa ng mga sidewall para sa mga high-speed na Trans Rapid na karwahe at gumamit ng 6061, 6063, at 6005 na mga extrusions ng haluang metal para sa mga profile. Sa kabuuan, hanggang ngayon, ang China at iba pang mga bansa ay halos sumusunod sa mga haluang ito para sa pagmamanupaktura ng high-speed na tren.

Aluminum Alloys para sa mga Carriage sa 200km/h~350km/h

Maaari naming ikategorya ang mga haluang metal ng karwahe batay sa bilis ng pagpapatakbo ng mga tren. Ang mga unang henerasyong haluang metal ay ginagamit para sa mga sasakyang may bilis na mas mababa sa 200km/h at mga kumbensyonal na haluang metal na pangunahing ginagamit para sa paggawa ng mga urban rail vehicles, gaya ng 6063, 6061, at 5083 alloys. Ang mga pangalawang henerasyong aluminyo na haluang metal tulad ng 6N01, 5005, 6005A, 7003, at 7005 ay ginagamit para sa paggawa ng mga karwahe ng mga high-speed na tren na may bilis na mula 200km/h hanggang 350km/h. Kasama sa mga third-generation alloy ang 6082 at scandium-containing aluminum alloys.

Scandium-Containing Aluminum Alloys

Ang Scandium ay isa sa mga pinakaepektibong tagapagdalisay ng butil para sa aluminyo at itinuturing na isang mahalagang elemento para sa pag-optimize ng mga katangian ng aluminyo haluang metal. Ang nilalaman ng Scandium ay karaniwang mas mababa sa 0.5% sa mga aluminyo na haluang metal, at ang mga haluang metal na naglalaman ng scandium ay sama-samang tinutukoy bilang mga aluminyo-scandium na haluang metal (Al-Sc alloys). Ang mga haluang metal ng Al-Sc ay nag-aalok ng mga bentahe tulad ng mataas na lakas, magandang ductility, mahusay na weldability, at corrosion resistance. Ginagamit ang mga ito sa iba't ibang aplikasyon, kabilang ang mga barko, sasakyang panghimpapawid, reaktor, at kagamitan sa pagtatanggol, na ginagawa silang isang bagong henerasyon ng mga haluang aluminyo na angkop para sa mga istruktura ng sasakyan sa tren.

Aluminum Foam

Ang mga high-speed na tren ay nailalarawan sa pamamagitan ng magaan na axle load, madalas na acceleration at deceleration, at overloaded na mga operasyon, na nangangailangan ng carriage structure na maging kasing magaan hangga't maaari habang nakakatugon sa mga kinakailangan sa lakas, higpit, kaligtasan, at ginhawa. Maliwanag, ang mataas na tiyak na lakas, tiyak na modulus, at mataas na damping na katangian ng ultra-light aluminum foam ay naaayon sa mga kinakailangang ito. Ipinakita ng dayuhang pananaliksik at pagsusuri ng paggamit ng aluminum foam sa mga high-speed na tren na ang aluminum foam-filled steel tubes ay may 35% hanggang 40% na mas mataas na kakayahan sa pagsipsip ng enerhiya kaysa sa mga walang laman na tubo at isang 40% hanggang 50% na pagtaas sa flexural strength. Ginagawa nitong mas matatag ang mga haligi at partisyon ng karwahe at hindi gaanong madaling bumagsak. Ang paggamit ng aluminum foam para sa pagsipsip ng enerhiya sa front buffer zone ng lokomotibo ay nagpapahusay sa mga kakayahan sa pagsipsip ng epekto. Ang mga sandwich panel na gawa sa 10mm makapal na aluminum foam at manipis na aluminum sheet ay 50% na mas magaan kaysa sa mga orihinal na steel plate habang dinaragdagan ang paninigas ng 8 beses.