Højhastighedstogvogne er svejset ved hjælp af aluminiumsmaterialer. Nogle højhastighedstogslinjer passerer gennem kolde områder med temperaturer så lave som minus 30 til 40 grader Celsius. Nogle instrumenter, udstyr og levende forsyninger på antarktiske forskningsfartøjer er lavet af aluminiumsmaterialer og skal modstå temperaturer så lave som minus 60 til 70 grader Celsius. Kinesiske fragtskibe, der rejser fra Arktis til Europa, bruger også noget udstyr lavet af aluminiumsmaterialer, og noget af det er udsat for temperaturer helt ned til minus 50 til 60 grader celsius. Kan de fungere normalt i så ekstrem kulde? Intet problem, aluminiumslegeringer og aluminiumsmaterialer er ikke bange for ekstrem kulde eller varme.

Aluminium og aluminiumslegeringer er fremragende lavtemperaturmaterialer. De udviser ikke skørhed ved lav temperatur som almindeligt stål eller nikkellegeringer, som viser et signifikant fald i styrke og duktilitet ved lave temperaturer. Imidlertid er aluminium og aluminiumslegeringer forskellige. De udviser ikke spor af skørhed ved lav temperatur. Alle deres mekaniske egenskaber stiger markant, når temperaturen falder. Dette er uafhængigt af materialets sammensætning, uanset om det er støbt aluminiumslegering eller bearbejdet aluminiumslegering, pulvermetallurgilegering eller kompositmateriale. Det er også uafhængigt af materialets tilstand, uanset om det er i bearbejdet tilstand eller efter varmebehandling. Det er ikke relateret til ingot-forberedelsesprocessen, uanset om det er fremstillet ved støbning og valsning eller kontinuerlig støbning og valsning. Det er heller ikke relateret til aluminiumekstraktionsprocessen, herunder elektrolyse, termisk kulstofreduktion og kemisk ekstraktion. Dette gælder for alle niveauer af renhed, fra procesaluminium med 99,50 % til 99,79 % renhed, højrent aluminium med 99,80 % til 99,949 % renhed, superrent aluminium med 99,950 % til 99,9959 % renhed, ekstrem renhed 9 % aluminum.99 med renhed 9 % aluminum. til 99,9990% renhed og ultra-højrenhed aluminium med over 99,9990% renhed. Interessant nok udviser to andre letmetaller, magnesium og titanium, heller ikke skørhed ved lav temperatur.

De mekaniske egenskaber af almindeligt anvendte aluminiumslegeringer til højhastighedstogvogne og deres forhold til temperaturen er vist i tabellen nedenfor.

Højhastighedstogvogne bruger aluminiumsmaterialer såsom Al-Mg serie 5005 legeringsplader, 5052 legeringsplader, 5083 legeringsplader og profiler; Al-Mg-Si serie 6061 legeringsplader og profiler, 6N01 legeringsprofiler, 6063 legeringsprofiler; Al-Zn-Mg serie 7N01 legeringsplader og profiler, 7003 legeringsprofiler. De kommer i standardtilstande: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Fra dataene i tabellen er det tydeligt, at de mekaniske egenskaber af aluminiumlegeringer stiger, når temperaturen falder. Derfor er aluminium et fremragende lavtemperatur-strukturmateriale, der er velegnet til brug i raket-lavtemperaturbrændstoftanke (flydende brint, flydende oxygen), transportskibe til flydende naturgas (LNG) og onshore-tanke, lavtemperatur-kemiske produktcontainere, kølelager , kølebiler og meget mere.

De strukturelle komponenter i højhastighedstog, der kører på Jorden, inklusive vogn- og lokomotivkomponenter, kan alle fremstilles ved hjælp af eksisterende aluminiumslegeringer. Der er ingen grund til at forske i en ny aluminiumslegering til vognkonstruktioner, der opererer i kolde områder. Men hvis der kunne udvikles en ny 6XXX legering med en ydeevne omkring 10 % højere end 6061 legering eller en 7XXX legering med en samlet ydeevne omkring 8 % højere end 7N01 legering, ville det være en betydelig præstation.

Lad os dernæst diskutere udviklingstendenserne for vognaluminiumslegeringer.

I curleje fremstilling og vedligeholdelse af jernbanevogne, legeringsplader som 5052, 5083, 5454 og 6061 bruges sammen med ekstruderede profiler som 5083, 6061 og 7N01. Nogle nyere legeringer som 5059, 5383 og 6082 anvendes også. De udviser alle fremragende svejsbarhed, hvor svejsetråde typisk er 5356 eller 5556 legeringer. Naturligvis er friction stir welding (FSW) den foretrukne metode, da det ikke kun sikrer høj svejsekvalitet, men også eliminerer behovet for svejsetråde. Japans 7N01 legering, med dens sammensætning på Mn 0,200,7 %, Mg 1,02,0% og Zn 4,0~5,0% (alt i %), har fundet udbredt anvendelse i fremstillingen af ​​jernbanekøretøjer. Tyskland brugte 5005 legeringsplader til at producere sidevægge til højhastigheds Trans Rapid vogne og brugte 6061, 6063 og 6005 legeringsekstruderinger til profiler. Sammenfattende har både Kina og andre lande indtil nu for det meste holdt sig til disse legeringer til fremstilling af højhastighedstog.

Aluminiumslegeringer til vogne ved 200 km/t ~ 350 km/t

Vi kan kategorisere vogn aluminiumslegeringer baseret på togenes driftshastighed. Den første generations legeringer bruges til køretøjer med hastigheder under 200 km/t og er konventionelle legeringer, der primært bruges til fremstilling af bybanevogne, såsom 6063, 6061 og 5083 legeringer. Andengenerations aluminiumslegeringer som 6N01, 5005, 6005A, 7003 og 7005 bruges til fremstilling af vogne af højhastighedstog med hastigheder fra 200 km/t til 350 km/t. Tredje generations legeringer omfatter 6082 og scandiumholdige aluminiumslegeringer.

Scandiumholdige aluminiumslegeringer

Scandium er en af ​​de mest effektive kornforædere til aluminium og anses for at være et væsentligt element til optimering af aluminiumlegeringsegenskaber. Scandiumindhold er typisk mindre end 0,5 % i aluminiumslegeringer, og legeringer, der indeholder scandium, omtales samlet som aluminium-scandium-legeringer (Al-Sc-legeringer). Al-Sc-legeringer tilbyder fordele såsom høj styrke, god duktilitet, fremragende svejsbarhed og korrosionsbestandighed. De bliver brugt i forskellige applikationer, herunder skibe, rumfartskøretøjer, reaktorer og forsvarsudstyr, hvilket gør dem til en ny generation af aluminiumslegeringer velegnet til jernbanekøretøjskonstruktioner.

Aluminiumskum

Højhastighedstog er kendetegnet ved lette akseltryk, hyppig acceleration og deceleration og overbelastede operationer, som kræver, at vognstrukturen er så let som muligt, samtidig med at den opfylder kravene til styrke, stivhed, sikkerhed og komfort. Det er klart, at det ultralette aluminiumskums høje specifikke styrke, specifikke modul og høje dæmpningsegenskaber stemmer overens med disse krav. Udenlandsk forskning og evaluering af anvendelsen af ​​aluminiumskum i højhastighedstog har vist, at aluminiumskumfyldte stålrør har en 35% til 40% højere energiabsorptionsevne end tomme rør og en 40% til 50% stigning i bøjningsstyrke. Dette gør vognstolper og skillevægge mere robuste og mindre tilbøjelige til at kollapse. Brug af aluminiumskum til energiabsorption i lokomotivets forreste bufferzone forbedrer stødabsorberingsevnen. Sandwichpaneler lavet af 10 mm tykt aluminiumsskum og tynde aluminiumsplader er 50 % lettere end originale stålplader, mens de øger stivheden med 8 gange.