Vagoni brzih vlakova zavareni su aluminijskim materijalima. Neke linije brzih vozova prolaze kroz hladne regione sa temperaturama od minus 30 do 40 stepeni Celzijusa. Neki instrumenti, oprema i zalihe za život na antarktičkim istraživačkim brodovima napravljeni su od aluminijumskih materijala i moraju da izdrže temperature od minus 60 do 70 stepeni Celzijusa. Kineski teretni brodovi koji putuju sa Arktika u Evropu također koriste dio opreme napravljene od aluminijskih materijala, a dio je izložen temperaturama od minus 50 do 60 stepeni Celzijusa. Da li mogu normalno da rade na ovako ekstremnoj hladnoći? Nema problema, legure aluminijuma i aluminijumski materijali se ne boje ekstremne hladnoće ili vrućine.

Aluminij i legure aluminija su odlični materijali za niske temperature. Ne pokazuju lomljivost na niskim temperaturama kao obični čelik ili legure nikla, koje pokazuju značajno smanjenje čvrstoće i duktilnosti na niskim temperaturama. Međutim, aluminij i legure aluminija su različite. Ne pokazuju nikakve tragove lomljivosti na niskim temperaturama. Sva njihova mehanička svojstva značajno se povećavaju kako temperatura pada. Ovo je neovisno o sastavu materijala, bilo da se radi o leguri lijevanog aluminija ili kovanoj leguri aluminija, leguri metalurgije praha ili kompozitnom materijalu. Takođe je nezavisan od stanja materijala, da li je u stanju obrade ili nakon termičke obrade. To nije povezano s procesom pripreme ingota, bilo da se proizvodi lijevanjem i valjanjem ili kontinuiranim lijevanjem i valjanjem. Takođe nije povezan sa procesom ekstrakcije aluminijuma, uključujući elektrolizu, termičku redukciju ugljenika i hemijsku ekstrakciju. Ovo se odnosi na sve nivoe čistoće, od procesnog aluminijuma sa 99,50% do 99,79% čistoće, aluminijuma visoke čistoće sa čistoćom od 99,80% do 99,949%, aluminijuma super čistoće sa 99,950% do 99,9959% čistoće, aluminijuma sa ekstremnom čistoćom 99,99%. do 99,9990% čistoće i aluminijum ultra visoke čistoće sa preko 99,9990% čistoće. Zanimljivo je da još dva laka metala, magnezijum i titanijum, takođe ne pokazuju lomljivost na niskim temperaturama.

Mehanička svojstva najčešće korištenih aluminijskih legura za vagone brzih vlakova i njihov odnos s temperaturom prikazani su u donjoj tabeli.

Vagoni za brze vozove koriste aluminijumske materijale kao što su ploče od legure Al-Mg serije 5005, ploče od legure 5052, ploče od legure 5083 i profili; Al-Mg-Si ploče i profili od legure serije 6061, profili od legure 6N01, profili od legure 6063; Al-Zn-Mg ploča i profili od legure serije 7N01, profili od legure 7003. Dolaze u standardnim stanjima: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Iz podataka u tabeli vidljivo je da se mehanička svojstva aluminijskih legura povećavaju sa smanjenjem temperature. Stoga je aluminijum izvrstan niskotemperaturni konstrukcijski materijal pogodan za upotrebu u rezervoarima za raketno niskotemperaturno gorivo (tečni vodik, tečni kiseonik), brodovima za transport tečnog prirodnog gasa (LNG) i rezervoarima na kopnu, kontejnerima za niske temperature hemijskih proizvoda, hladnjačama , hladnjače i još mnogo toga.

Strukturne komponente brzih vozova koji voze Zemljom, uključujući komponente vagona i lokomotiva, mogu se proizvesti korištenjem postojećih aluminijskih legura. Nema potrebe za istraživanjem nove legure aluminijuma za konstrukcije vagona koje rade u hladnim regionima. Međutim, ako bi se mogla razviti nova legura 6XXX sa performansama oko 10% većim od legure 6061 ili legura 7XXX sa ukupnim performansama približno 8% većim od legure 7N01, to bi bilo značajno dostignuće.

Dalje, razgovarajmo o trendovima razvoja aluminijskih legura za vagone.

U current-proizvodnja i održavanje vagona šinskih vozila, koriste se legirane ploče kao što su 5052, 5083, 5454 i 6061, zajedno sa ekstrudiranim profilima kao što su 5083, 6061 i 7N01. Primjenjuju se i neke novije legure poput 5059, 5383 i 6082. Svi oni pokazuju odličnu zavarljivost, pri čemu su žice za zavarivanje obično legure 5356 ili 5556. Naravno, zavarivanje trenjem (FSW) je poželjna metoda, jer ne samo da osigurava visoku kvalitetu zavarivanja već i eliminira potrebu za žicama za zavarivanje. Japanska legura 7N01, sa svojim sastavom od Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0% i Zn 4,0~5,0% (sve u %), našlo je široku upotrebu u proizvodnji šinskih vozila. Njemačka je koristila ploče od legure 5005 za proizvodnju bočnih zidova za brze Trans Rapid vagone i koristila 6061, 6063 i 6005 ekstruzije od legure za profile. Ukratko, do sada su se i Kina i druge zemlje uglavnom pridržavale ovih legura za proizvodnju brzih vozova.

Aluminijske legure za vagone pri 200km/h~350km/h

Možemo kategorizovati vagonske aluminijumske legure na osnovu radne brzine vozova. Legure prve generacije koriste se za vozila sa brzinama ispod 200 km/h i konvencionalne su legure koje se prvenstveno koriste za proizvodnju gradskih šinskih vozila, kao što su legure 6063, 6061 i 5083. Aluminijske legure druge generacije poput 6N01, 5005, 6005A, 7003 i 7005 koriste se za proizvodnju vagona brzih vozova sa brzinama u rasponu od 200 km/h do 350 km/h. Legure treće generacije uključuju 6082 i legure aluminija koje sadrže skandij.

Legure aluminijuma koje sadrže skandij

Skandij je jedan od najefikasnijih rafinera zrna za aluminijum i smatra se bitnim elementom za optimizaciju svojstava legure aluminijuma. Sadržaj skandijuma je obično manji od 0,5% u aluminijskim legurama, a legure koje sadrže skandij se zajednički nazivaju legure aluminijum-skandij (Al-Sc legure). Al-Sc legure nude prednosti kao što su visoka čvrstoća, dobra duktilnost, odlična zavarljivost i otpornost na koroziju. Koriste se u različitim aplikacijama, uključujući brodove, svemirska vozila, reaktore i odbrambenu opremu, što ih čini novom generacijom aluminijskih legura pogodnih za konstrukcije željezničkih vozila.

Aluminijska pjena

Brze vozove karakteriziraju lagana osovinska opterećenja, česta ubrzanja i usporavanja, te preopterećene operacije, koje zahtijevaju da struktura vagona bude što je moguće lakša, a istovremeno ispunjava zahtjeve za čvrstoću, krutost, sigurnost i udobnost. Jasno je da su visoka specifična čvrstoća, specifični modul i visoke karakteristike prigušenja ultralake aluminijske pjene u skladu s ovim zahtjevima. Inozemna istraživanja i evaluacije primjene aluminijske pjene u brzim vlakovima su pokazale da čelične cijevi punjene aluminijskom pjenom imaju 35% do 40% veću sposobnost apsorpcije energije od praznih cijevi i 40% do 50% povećanje čvrstoće na savijanje. Ovo čini stubove i pregrade vagona robusnijim i manje sklonim urušavanju. Upotreba aluminijske pjene za apsorpciju energije u prednjoj tampon zoni lokomotive poboljšava sposobnost apsorpcije udara. Sendvič paneli izrađeni od aluminijske pjene debljine 10 mm i tankih aluminijskih limova su 50% lakši od originalnih čeličnih ploča uz povećanje krutosti za 8 puta.