Suurnopeusjunien vaunut hitsataan alumiinimateriaaleista. Jotkut suurnopeusjunalinjat kulkevat kylmien alueiden läpi, joiden lämpötila on niinkin alhainen kuin miinus 30–40 celsiusastetta. Jotkut Etelämantereen tutkimusalusten instrumentit, laitteet ja elintarvikkeet on valmistettu alumiinimateriaaleista ja niiden on kestettävä niinkin alhaisia ​​lämpötiloja kuin miinus 60-70 celsiusastetta. Arktiselta Eurooppaan liikennöivät kiinalaiset rahtilaivat käyttävät myös alumiinimateriaaleista valmistettuja laitteita, joista osa on alttiina jopa miinus 50-60 asteen lämpötiloille. Voivatko ne toimia normaalisti näin kovassa pakkasessa? Ei hätää, alumiiniseokset ja alumiinimateriaalit eivät pelkää äärimmäistä kylmyyttä tai kuumuutta.

Alumiini ja alumiiniseokset ovat erinomaisia ​​matalan lämpötilan materiaaleja. Niissä ei ole alhaisissa lämpötiloissa haurautta, kuten tavallisilla teräksillä tai nikkeliseoksilla, joiden lujuus ja sitkeys heikkenevät merkittävästi alhaisissa lämpötiloissa. Alumiini ja alumiiniseokset ovat kuitenkin erilaisia. Niissä ei ole jälkeäkään alhaisen lämpötilan hauraudesta. Kaikki niiden mekaaniset ominaisuudet paranevat merkittävästi lämpötilan laskeessa. Tämä ei riipu materiaalin koostumuksesta, olipa kyseessä sitten valettu alumiiniseos tai muokattu alumiiniseos, jauhemetallurginen metalliseos tai komposiittimateriaali. Se on myös riippumaton materiaalin tilasta, onko se käsitellyssä tilassa vai lämpökäsittelyn jälkeen. Se ei liity valanteen valmistusprosessiin, onko se valmistettu valamalla ja valssaamalla vai jatkuvalla valulla ja valssaamalla. Se ei myöskään liity alumiinin uuttoprosessiin, mukaan lukien elektrolyysi, hiilen lämpöpelkistys ja kemiallinen uutto. Tämä koskee kaikkia puhtausasteita prosessialumiinista, jonka puhtausaste on 99,50 % - 99,79 %, erittäin puhtaasta alumiinista, jonka puhtausaste on 99,80 % - 99,949 %, erittäin puhtaasta alumiinista, jonka puhtausaste on 99,950 % - 99,9959 %, äärimmäisen puhtaasta alumiinista 99,9960 %. 99,9990 % puhtaus ja erittäin puhdas alumiini, jonka puhtaus on yli 99,9990 %. Mielenkiintoista on, että kaksi muuta kevytmetallia, magnesium ja titaani, eivät myöskään osoita haurautta matalassa lämpötilassa.

Suurnopeusjunien vaunuissa yleisesti käytettyjen alumiiniseosten mekaaniset ominaisuudet ja niiden suhde lämpötilaan on esitetty alla olevassa taulukossa.

Suurnopeusjunan vaunuissa käytetään alumiinimateriaaleja, kuten Al-Mg-sarjan 5005 seoslevyjä, 5052 seoslevyjä, 5083 seoslevyjä ja profiileja; Al-Mg-Si-sarjan 6061 metalliseoslevyt ja -profiilit, 6N01 metalliseosprofiilit, 6063 metalliseosprofiilit; Al-Zn-Mg sarja 7N01 metalliseoslevyt ja -profiilit, 7003 metalliseosprofiilit. Niitä on vakiotiloissa: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Taulukon tiedoista käy ilmi, että alumiiniseosten mekaaniset ominaisuudet paranevat lämpötilan laskiessa. Siksi alumiini on erinomainen matalan lämpötilan rakennemateriaali, joka soveltuu käytettäväksi rakettien matalan lämpötilan polttoainesäiliöissä (nestemäinen vety, nestemäinen happi), nesteytetyn maakaasun (LNG) kuljetusaluksissa ja maissa sijaitsevissa säiliöissä, matalan lämpötilan kemiallisten tuotteiden säiliöissä, kylmävarastoissa , kylmäkuorma-autot ja paljon muuta.

Maan päällä kulkevien suurnopeusjunien rakenneosat, mukaan lukien vaunujen ja veturien komponentit, voidaan valmistaa olemassa olevista alumiiniseoksista. Kylmillä alueilla toimiviin vaunurakenteisiin ei ole tarvetta etsiä uutta alumiiniseosta. Kuitenkin, jos voitaisiin kehittää uusi 6XXX-seos, jonka suorituskyky on noin 10 % korkeampi kuin 6061-seos tai 7XXX-seos, jonka kokonaissuorituskyky on noin 8 % korkeampi kuin 7N01-seos, se olisi merkittävä saavutus.

Seuraavaksi keskustellaan vaunujen alumiiniseosten kehitystrendeistä.

Vuonna curvuokraa kiskovaunujen vaunujen valmistus ja huolto, käytetään seoslevyjä, kuten 5052, 5083, 5454 ja 6061, sekä suulakepuristettuja profiileja, kuten 5083, 6061 ja 7N01. Joitakin uudempia seoksia, kuten 5059, 5383 ja 6082, käytetään myös. Niillä kaikilla on erinomainen hitsattavuus, ja hitsauslangat ovat tyypillisesti 5356 tai 5556 metalliseoksia. Kitkasekoitushitsaus (FSW) on tietysti suositeltava menetelmä, sillä se ei ainoastaan ​​takaa korkeaa hitsauslaatua, vaan myös eliminoi hitsauslankojen tarpeen. Japanin 7N01-seos, jonka koostumus on Mn 0,200,7 %, Mg 1,02,0 % ja Zn 4,0-5,0 % (kaikki prosentteina), on löytänyt laajan käytön kiskokulkuneuvojen valmistuksessa. Saksa käytti 5005 metalliseoslevyä valmistaakseen sivuseiniä nopeille Trans Rapid -vaunuille ja käytti 6061-, 6063- ja 6005-seosekstruusiota profiileihin. Yhteenvetona voidaan todeta, että tähän asti sekä Kiina että muut maat ovat enimmäkseen noudattaneet näitä seoksia suurnopeusjunien valmistuksessa.

Alumiiniseokset vaunuihin 200 km/h ~ 350 km/h

Voimme luokitella vaunujen alumiiniseokset junien ajonopeuden perusteella. Ensimmäisen sukupolven metalliseoksia käytetään ajoneuvoissa, joiden nopeus on alle 200 km/h, ja ne ovat tavanomaisia ​​seoksia, joita käytetään ensisijaisesti kaupunkien junavaunujen valmistukseen, kuten 6063, 6061 ja 5083 metalliseokset. Toisen sukupolven alumiiniseoksia, kuten 6N01, 5005, 6005A, 7003 ja 7005, käytetään suurnopeusjunien vaunujen valmistukseen, joiden nopeus vaihtelee 200 km/h - 350 km/h. Kolmannen sukupolven metalliseoksia ovat 6082 ja skandiumia sisältävät alumiiniseokset.

Scandiumia sisältävät alumiiniseokset

Scandium on yksi tehokkaimmista alumiinin viljanjauhimista ja sitä pidetään olennaisena elementtinä alumiiniseoksen ominaisuuksien optimoinnissa. Alumiinilejeeringeissä skandiumpitoisuus on tyypillisesti alle 0,5 %, ja skandiumia sisältäviä seoksia kutsutaan kollektiivisesti alumiini-skandiumlejeeringeiksi (Al-Sc-lejeeringit). Al-Sc-seokset tarjoavat etuja, kuten korkea lujuus, hyvä sitkeys, erinomainen hitsattavuus ja korroosionkestävyys. Niitä käytetään erilaisissa sovelluksissa, kuten laivoissa, ilmailuajoneuvoissa, reaktoreissa ja puolustuslaitteissa, mikä tekee niistä uuden sukupolven alumiiniseoksia, jotka soveltuvat rautatiekulkuneuvojen rakenteisiin.

Alumiinivaahto

Suurnopeusjunille on ominaista kevyet akselipainot, toistuva kiihdytys ja hidastuminen sekä ylikuormitetut toiminnot, jotka edellyttävät, että vaunun rakenne on mahdollisimman kevyt ja täyttää lujuus-, jäykkyys-, turvallisuus- ja mukavuusvaatimukset. On selvää, että ultrakevyen alumiinivaahdon korkea ominaislujuus, ominaismoduuli ja korkeat vaimennusominaisuudet vastaavat näitä vaatimuksia. Ulkomaiset tutkimukset ja arvioinnit alumiinivaahdon soveltamisesta suurnopeusjunissa ovat osoittaneet, että alumiinivaahdolla täytetyillä teräsputkilla on 35–40 prosenttia parempi energian absorptiokyky kuin tyhjillä putkilla ja 40–50 prosenttia suurempi taivutuslujuus. Tämä tekee vaunujen pilareista ja väliseinistä kestävämpiä ja vähemmän alttiita romahtamiseen. Alumiinivaahdon käyttö energian vaimentamiseen veturin etupuskurivyöhykkeellä parantaa iskunvaimennuskykyä. 10 mm paksusta alumiinivaahdosta ja ohuista alumiinilevyistä valmistetut sandwich-paneelit ovat 50 % kevyempiä kuin alkuperäiset teräslevyt ja lisäävät jäykkyyttä 8-kertaisesti.