Вагони швидкісних поїздів зварені з використанням алюмінієвих матеріалів. Деякі лінії високошвидкісних поїздів проходять через холодні регіони з температурою від мінус 30 до 40 градусів Цельсія. Деякі інструменти, обладнання та предмети живлення на дослідницьких суднах Антарктики виготовлені з алюмінієвих матеріалів і повинні витримувати низькі температури від мінус 60 до 70 градусів за Цельсієм. Китайські вантажні судна, що прямують з Арктики до Європи, також використовують деяке обладнання, виготовлене з алюмінієвих матеріалів, і деяке з них піддається впливу низьких температур від мінус 50 до 60 градусів за Цельсієм. Чи можуть вони нормально працювати в такий сильний мороз? Не біда, алюмінієві сплави та алюмінієві матеріали не бояться сильного холоду чи спеки.

Алюміній і алюмінієві сплави є чудовими низькотемпературними матеріалами. Вони не виявляють низькотемпературної крихкості, як звичайна сталь або нікелеві сплави, які демонструють значне зниження міцності та пластичності при низьких температурах. Однак алюміній і алюмінієві сплави різні. Вони не виявляють жодної крихкості при низьких температурах. Всі їх механічні властивості значно підвищуються при зниженні температури. Це не залежить від складу матеріалу, будь то литий алюмінієвий сплав чи кований алюмінієвий сплав, сплав порошкової металургії чи композитний матеріал. Це також не залежить від стану матеріалу, незалежно від того, чи знаходиться він у стані обробки чи після термічної обробки. Це не пов’язано з процесом підготовки зливка, незалежно від того, виробляється він литтям і прокаткою чи безперервним литтям і прокаткою. Це також не пов’язано з процесом вилучення алюмінію, включаючи електроліз, термічне відновлення вуглецю та хімічне вилучення. Це стосується всіх рівнів чистоти: від технологічного алюмінію з чистотою 99,50% до 99,79%, алюмінію високої чистоти з чистотою 99,80% до 99,949%, алюмінію надчистості з чистотою 99,950% до 99,9959%, ​​алюмінію надзвичайної чистоти з 99,9960%. до 99,9990% чистоти та алюмінію надвисокої чистоти з чистотою понад 99,9990%. Цікаво, що два інших легких металу, магній і титан, також не виявляють низькотемпературної крихкості.

Механічні властивості алюмінієвих сплавів, які зазвичай використовуються для вагонів високошвидкісних поїздів, і їх залежність від температури наведені в таблиці нижче.

У вагонах високошвидкісних поїздів використовуються алюмінієві матеріали, такі як пластини зі сплавів Al-Mg серії 5005, пластини зі сплавів 5052, пластини зі сплавів 5083 та профілі; Пластини та профілі зі сплаву Al-Mg-Si серії 6061, профілі зі сплаву 6N01, профілі зі сплаву 6063; Плити та профілі зі сплаву Al-Zn-Mg серії 7N01, профілі зі сплаву 7003. Вони бувають стандартних станів: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

З даних таблиці видно, що зі зниженням температури механічні властивості алюмінієвих сплавів зростають. Таким чином, алюміній є чудовим конструкційним матеріалом для низьких температур, придатним для використання в баках для ракетного низькотемпературного палива (рідкий водень, рідкий кисень), транспортних кораблях і берегових резервуарах для зрідженого природного газу (СПГ), контейнерах для низькотемпературних хімічних продуктів, холодильних камерах. , вантажівки-рефрижератори тощо.

Конструкційні компоненти високошвидкісних поїздів, що курсують на Землі, включаючи компоненти вагонів і локомотивів, можуть бути виготовлені з використанням існуючих алюмінієвих сплавів. Немає необхідності досліджувати новий алюмінієвий сплав для вагонних конструкцій, що експлуатуються в холодних регіонах. Однак, якщо можна буде розробити новий сплав 6XXX з характеристиками приблизно на 10% вищими за сплав 6061 або сплав 7XXX із загальними характеристиками приблизно на 8% вищими за сплав 7N01, це буде значним досягненням.

Далі обговоримо тенденції розвитку вагонних алюмінієвих сплавів.

У кердля виробництва та технічного обслуговування вагонів залізничного транспорту використовуються пластини зі сплавів, такі як 5052, 5083, 5454 і 6061, а також екструдовані профілі, такі як 5083, 6061 і 7N01. Деякі нові сплави, такі як 5059, 5383 і 6082, також застосовуються. Усі вони демонструють чудову зварюваність, причому зварювальний дріт зазвичай складається зі сплавів 5356 або 5556. Звичайно, зварювання тертям з перемішуванням (FSW) є кращим методом, оскільки воно не тільки забезпечує високу якість зварювання, але й усуває потребу у зварювальних дротах. Японський сплав 7N01 зі складом Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0% і Zn 4,0~5,0% (все в %), знайшов широке застосування у виробництві залізничних транспортних засобів. Німеччина використовувала пластини зі сплаву 5005 для виробництва боковин для високошвидкісних візків Trans Rapid і використовувала екструзійні сплави 6061, 6063 і 6005 для профілів. Таким чином, досі Китай та інші країни переважно дотримувалися цих сплавів для виробництва високошвидкісних поїздів.

Алюмінієві сплави для вагонів на 200 км/год ~ 350 км/год

Ми можемо класифікувати вагонні алюмінієві сплави на основі робочої швидкості поїздів. Сплави першого покоління використовуються для транспортних засобів зі швидкостями нижче 200 км/год і є звичайними сплавами, які в основному використовуються для виробництва вагонів міських залізничних транспортних засобів, таких як сплави 6063, 6061 і 5083. Алюмінієві сплави другого покоління 6N01, 5005, 6005A, 7003 і 7005 використовуються для виготовлення вагонів швидкісних поїздів зі швидкістю від 200 км/год до 350 км/год. До сплавів третього покоління відносяться 6082 і скандієвмісні алюмінієві сплави.

Алюмінієві сплави, що містять скандій

Скандій є одним із найефективніших рафінувальників алюмінію та вважається важливим елементом для оптимізації властивостей алюмінієвого сплаву. Вміст скандію в алюмінієвих сплавах зазвичай становить менше 0,5%, а сплави, що містять скандій, разом називають алюмінієво-скандієвими сплавами (сплави Al-Sc). Сплави Al-Sc пропонують такі переваги, як висока міцність, хороша пластичність, відмінна зварюваність і стійкість до корозії. Вони використовуються в різних сферах застосування, включаючи кораблі, аерокосмічні транспортні засоби, реактори та оборонне обладнання, що робить їх новим поколінням алюмінієвих сплавів, придатних для конструкцій залізничних транспортних засобів.

Алюмінієва піна

Високошвидкісні поїзди характеризуються легкими навантаженнями на вісь, частими прискореннями та уповільненнями, а також перевантаженими операціями, які вимагають максимально полегшеної конструкції вагона, яка відповідає вимогам міцності, жорсткості, безпеки та комфорту. Очевидно, що висока питома міцність, питомий модуль і високі характеристики демпфування надлегкої алюмінієвої піни відповідають цим вимогам. Іноземні дослідження та оцінка застосування алюмінієвої піни у високошвидкісних поїздах показали, що сталеві труби, наповнені алюмінієвою піною, мають на 35-40% вищу здатність поглинати енергію, ніж порожні труби, і на 40-50% збільшують міцність на вигин. Це робить опори та перегородки вагонів більш міцними та менш схильними до руйнування. Використання алюмінієвої піни для поглинання енергії в передній буферній зоні локомотива покращує здатність поглинати удари. Сендвіч-панелі з спіненого алюмінію товщиною 10 мм і тонких алюмінієвих листів на 50% легші за оригінальні сталеві пластини, при цьому жорсткість збільшується у 8 разів.