Os vagóns de tren de alta velocidade están soldados con materiais de aluminio. Algunhas liñas de tren de alta velocidade pasan por rexións frías con temperaturas tan baixas como entre menos 30 e 40 graos centígrados. Algúns instrumentos, equipos e materiais vivos dos buques de investigación antárticos están feitos de materiais de aluminio e precisan soportar temperaturas de entre menos 60 e 70 graos centígrados. Os buques de carga chineses que viaxan desde o Ártico a Europa tamén usan algúns equipos feitos con materiais de aluminio, e algúns están expostos a temperaturas de entre menos 50 e 60 graos centígrados. Poden funcionar normalmente nun frío tan extremo? Non hai problema, as aliaxes de aluminio e os materiais de aluminio non teñen medo ao frío ou a calor extremos.

O aluminio e as aliaxes de aluminio son excelentes materiais a baixa temperatura. Non presentan fraxilidade a baixa temperatura como o aceiro común ou as aliaxes de níquel, que mostran unha diminución significativa da resistencia e da ductilidade a baixas temperaturas. Non obstante, o aluminio e as aliaxes de aluminio son diferentes. Non presentan ningún rastro de fraxilidade a baixa temperatura. Todas as súas propiedades mecánicas aumentan significativamente a medida que diminúe a temperatura. Isto é independente da composición do material, xa sexa aliaxe de aluminio fundido ou aliaxe de aluminio forxado, aliaxe de metalurxia en po ou material composto. Tamén é independente do estado do material, xa sexa no estado de procesado ou despois do tratamento térmico. Non está relacionado co proceso de preparación do lingote, xa sexa por fundición e laminación ou por fundición e laminación continua. Tampouco está relacionado co proceso de extracción de aluminio, incluíndo a electrólise, a redución térmica do carbono e a extracción química. Isto aplícase a todos os niveis de pureza, desde aluminio de proceso cun 99,50% a 99,79% de pureza, aluminio de alta pureza cun 99,80% a 99,949% de pureza, aluminio de superpureza cun 99,950% a 99,9959% de pureza, aluminio con pureza extrema 60999%. a 99,9990 % de pureza e aluminio de ultra-alta pureza con máis do 99,9990 % de pureza. Curiosamente, outros dous metais lixeiros, o magnesio e o titanio, tampouco presentan fraxilidade a baixa temperatura.

Na seguinte táboa móstranse as propiedades mecánicas das aliaxes de aluminio de uso habitual para vagóns de tren de alta velocidade e a súa relación coa temperatura.

Os vagóns de tren de alta velocidade usan materiais de aluminio como placas de aliaxe 5005 serie Al-Mg, placas de aliaxe 5052, placas de aliaxe 5083 e perfís; Placas e perfís de aliaxe Al-Mg-Si serie 6061, perfís de aliaxe 6N01, perfís de aliaxe 6063; Placas e perfís de aliaxe Al-Zn-Mg serie 7N01, perfís de aliaxe 7003. Veñen en estados estándar: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

A partir dos datos da táboa, é evidente que as propiedades mecánicas das aliaxes de aluminio aumentan a medida que diminúe a temperatura. Polo tanto, o aluminio é un excelente material estrutural a baixa temperatura axeitado para o seu uso en tanques de combustible a baixa temperatura de foguetes (hidróxeno líquido, osíxeno líquido), buques de transporte de gas natural licuado (GNL) e tanques terrestres, envases de produtos químicos a baixa temperatura, almacenamento en frío. , camións frigoríficos e moito máis.

Os compoñentes estruturais dos trens de alta velocidade que circulan pola Terra, incluídos os compoñentes de vagóns e locomotoras, pódense fabricar con aliaxes de aluminio existentes. Non hai necesidade de investigar unha nova aliaxe de aluminio para estruturas de transporte que operan en rexións frías. Non obstante, se puidese desenvolver unha nova aliaxe 6XXX cun rendemento un 10 % superior á aliaxe 6061 ou unha aliaxe 7XXX cun rendemento global aproximadamente un 8 % superior á aliaxe 7N01, ese sería un logro significativo.

A continuación, imos discutir as tendencias de desenvolvemento de aliaxes de aluminio de transporte.

No curaluguer de fabricación e mantemento de vagóns de vehículos ferroviarios, utilízanse placas de aliaxe como 5052, 5083, 5454 e 6061, xunto con perfís extruidos como 5083, 6061 e 7N01. Tamén se están aplicando algunhas aliaxes máis novas como 5059, 5383 e 6082. Todos eles presentan unha excelente soldabilidade, sendo os fíos de soldadura normalmente aliaxes 5356 ou 5556. Por suposto, a soldadura por fricción (FSW) é o método preferido, xa que non só garante unha alta calidade de soldadura, senón que tamén elimina a necesidade de fíos de soldadura. Aliaxe 7N01 de Xapón, coa súa composición de Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0%, e Zn 4,0~5,0% (todo en %), atopou un uso xeneralizado na fabricación de vehículos ferroviarios. Alemaña utilizou placas de aliaxe 5005 para producir paredes laterais para carros Trans Rapid de alta velocidade e empregou extrusións de aliaxe 6061, 6063 e 6005 para os perfís. En resumo, ata agora, tanto China como outros países adheríronse principalmente a estas aliaxes para a fabricación de trens de alta velocidade.

Aliaxes de aluminio para carros a 200km/h~350km/h

Podemos clasificar as aliaxes de aluminio de vagón en función da velocidade operativa dos trens. As aliaxes de primeira xeración utilízanse para vehículos con velocidades inferiores a 200 km/h e son aliaxes convencionais que se utilizan principalmente para a fabricación de vagóns de vehículos ferroviarios urbanos, como as aliaxes 6063, 6061 e 5083. As aliaxes de aluminio de segunda xeración como 6N01, 5005, 6005A, 7003 e 7005 utilízanse para a fabricación de vagóns de trens de alta velocidade con velocidades que van desde os 200 km/h ata os 350 km/h. As aliaxes de terceira xeración inclúen 6082 e aliaxes de aluminio que conteñen escandio.

Aliaxes de aluminio que conteñen escandio

O escandio é un dos refinadores de grans máis eficaces para o aluminio e considérase un elemento esencial para optimizar as propiedades da aliaxe de aluminio. O contido de escandio adoita ser inferior ao 0,5% nas aliaxes de aluminio, e as aliaxes que conteñen escandio denomínanse colectivamente aliaxes de aluminio-escandio (aliaxes de Al-Sc). As aliaxes Al-Sc ofrecen vantaxes como alta resistencia, boa ductilidade, excelente soldabilidade e resistencia á corrosión. Están sendo utilizados en varias aplicacións, incluíndo barcos, vehículos aeroespaciais, reactores e equipos de defensa, o que os converte nunha nova xeración de aliaxes de aluminio adecuadas para estruturas de vehículos ferroviarios.

Espuma de aluminio

Os trens de alta velocidade caracterízanse por cargas lixeiras por eixes, aceleracións e desaceleracións frecuentes e operacións sobrecargadas, que requiren que a estrutura do vagón sexa o máis lixeira posible ao tempo que cumpre os requisitos de resistencia, rixidez, seguridade e confort. Claramente, a alta resistencia específica, o módulo específico e as altas características de amortiguación da escuma de aluminio ultralixeiro aliñan con estes requisitos. As investigacións e avaliacións estranxeiras sobre a aplicación de escuma de aluminio en trens de alta velocidade demostraron que os tubos de aceiro recheos de escuma de aluminio teñen unha capacidade de absorción de enerxía entre un 35 e un 40 % superior aos tubos baleiros e un aumento do 40-50 % na resistencia á flexión. Isto fai que os alicerces e tabiques do carro sexan máis robustos e menos propensos a derrubarse. O uso de escuma de aluminio para a absorción de enerxía na zona de amortiguamento dianteira da locomotora mellora as capacidades de absorción de impactos. Os paneis sándwich feitos de escuma de aluminio de 10 mm de espesor e láminas finas de aluminio son un 50 % máis lixeiros que as placas de aceiro orixinais, mentres que aumentan a rixidez 8 veces.