קרונות רכבת מהירות מרותכים באמצעות חומרי אלומיניום. כמה קווי רכבת מהירות עוברים באזורים קפואים עם טמפרטורות נמוכות כמו מינוס 30 עד 40 מעלות צלזיוס. חלק מהמכשירים, הציוד והציוד החי על כלי מחקר באנטארקטיקה עשויים מחומרי אלומיניום וצריכים לעמוד בטמפרטורות נמוכות כמו מינוס 60 עד 70 מעלות צלזיוס. גם ספינות משא סיניות הנוסעות מהקוטב הצפוני לאירופה משתמשות בחלק מהציוד העשוי מחומרי אלומיניום, וחלקו חשוף לטמפרטורות נמוכות עד מינוס 50 עד 60 מעלות צלזיוס. האם הם יכולים לפעול כרגיל בקור כה קיצוני? אין בעיה, סגסוגות אלומיניום וחומרי אלומיניום לא מפחדים מקור או חום קיצוניים.

אלומיניום וסגסוגות אלומיניום הם חומרים מצוינים בטמפרטורה נמוכה. הם אינם מציגים שבירות בטמפרטורה נמוכה כמו פלדה רגילה או סגסוגות ניקל, המראות ירידה משמעותית בחוזק ובמשיכות בטמפרטורות נמוכות. עם זאת, אלומיניום וסגסוגות אלומיניום שונות. הם אינם מציגים שום שמץ של שבירות בטמפרטורה נמוכה. כל התכונות המכניות שלהם גדלות באופן משמעותי ככל שהטמפרטורה יורדת. זה לא תלוי בהרכב החומר, בין אם מדובר בסגסוגת אלומיניום יצוקה או בסגסוגת אלומיניום מחושלת, בסגסוגת אבקת מתכות או בחומר מרוכב. זה גם בלתי תלוי במצב החומר, בין אם הוא במצב כפי שעובד או לאחר טיפול בחום. זה לא קשור לתהליך הכנת המטיל, בין אם הוא מיוצר על ידי יציקה וגלגול או יציקה וגלגול מתמשך. זה גם לא קשור לתהליך מיצוי האלומיניום, כולל אלקטרוליזה, הפחתת פחמן תרמית ומיצוי כימי. זה חל על כל רמות הטוהר, מאלומיניום תהליך עם 99.50% עד 99.79% טוהר, אלומיניום בטוהר גבוה עם 99.80% עד 99.949% טוהר, אלומיניום סופר-טוהר עם 99.950% עד 99.9959% טוהר, 99.9959% טוהר אלומיניום, 06% טוהר 9.9. עד 99.9990% טוהר, ואלומיניום בטוהר גבוה במיוחד עם למעלה מ-99.9990% טוהר. מעניין שגם שתי מתכות קלות אחרות, מגנזיום וטיטניום, אינן מפגינות שבירות בטמפרטורה נמוכה.

המאפיינים המכניים של סגסוגות אלומיניום הנפוצות עבור קרונות רכבת מהירות גבוהה והקשר שלהם עם הטמפרטורה מוצגים בטבלה שלהלן.

קרונות רכבת מהירות משתמשים בחומרי אלומיניום כגון לוחות סגסוגת 5005 מסדרת Al-Mg, לוחות סגסוגת 5052, לוחות סגסוגת 5083 ופרופילים; לוחות ופרופילים מסגסוגת סדרת אל-מג-סי 6061, פרופילי סגסוגת 6N01, פרופילי סגסוגת 6063; לוחות ופרופילים מסגסוגת סדרת Al-Zn-Mg 7N01, פרופילי סגסוגת 7003. הם מגיעים במצבים סטנדרטיים: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

מהנתונים בטבלה, ניכר כי התכונות המכניות של סגסוגות אלומיניום גדלות ככל שהטמפרטורה יורדת. לכן, אלומיניום הוא חומר מבני מעולה בטמפרטורה נמוכה המתאים לשימוש במיכלי דלק רקטיים בטמפרטורות נמוכות (מימן נוזלי, חמצן נוזלי), ספינות הובלה של גז נוזלי (LNG) ומכלים יבשתיים, מיכלי מוצרים כימיים בטמפרטורה נמוכה, אחסון קר. , משאיות קירור ועוד.

את הרכיבים המבניים של רכבות מהירות הפועלות על פני כדור הארץ, כולל רכיבי קרונות וקטר, ניתן לייצר כולם באמצעות סגסוגות אלומיניום קיימות. אין צורך לחקור סגסוגת אלומיניום חדשה עבור מבני כרכרה הפועלים באזורים קפואים. עם זאת, אם ניתן לפתח סגסוגת 6XXX חדשה עם ביצועים גבוהים בכ-10% מסגסוגת 6061 או סגסוגת 7XXX עם ביצועים כלליים גבוהים בכ-8% מסגסוגת 7N01, זה יהיה הישג משמעותי.

לאחר מכן, הבה נדון במגמות הפיתוח של סגסוגות אלומיניום לכרכרה.

בקורהשכרת ייצור ותחזוקה של קרונות רכבת, לוחות סגסוגת כגון 5052, 5083, 5454 ו-6061 משמשים, יחד עם פרופילים מחולצים כמו 5083, 6061 ו-7N01. כמה סגסוגות חדשות יותר כמו 5059, 5383 ו-6082 מיושמות גם כן. כולם מפגינים יכולת ריתוך מצוינת, כאשר חוטי ריתוך הם בדרך כלל סגסוגות 5356 או 5556. כמובן, חיכוך רתך (FSW) היא השיטה המועדפת, שכן היא לא רק מבטיחה איכות ריתוך גבוהה אלא גם מבטלת את הצורך בחוטי ריתוך. סגסוגת 7N01 של יפן, עם הרכבה של Mn 0.200.7%, Mg 1.02.0%, ו-Zn 4.0~5.0% (כולם ב%), מצאו שימוש נרחב בייצור רכבות. גרמניה השתמשה בלוחות סגסוגת 5005 לייצור דפנות לכרכרות טרנס ראפיד במהירות גבוהה והשתמשה בסגסוגות 6061, 6063 ו-6005 לפרופילים. לסיכום, עד כה, גם סין וגם מדינות אחרות דבקו בעיקר בסגסוגות הללו לייצור רכבות מהירות.

סגסוגות אלומיניום לכרכרות במהירות 200 קמ"ש ~ 350 קמ"ש

אנו יכולים לסווג סגסוגות אלומיניום לקרונות בהתבסס על מהירות הפעולה של הרכבות. סגסוגות הדור הראשון משמשות לכלי רכב עם מהירויות מתחת ל-200 קמ"ש והן סגסוגות קונבנציונליות המשמשות בעיקר לייצור קרונות רכבת עירונית, כגון סגסוגות 6063, 6061 ו-5083. סגסוגות אלומיניום מהדור השני כמו 6N01, 5005, 6005A, 7003 ו-7005 משמשות לייצור קרונות של רכבות מהירות במהירויות הנעות בין 200 קמ"ש ל-350 קמ"ש. סגסוגות מהדור השלישי כוללות 6082 וסגסוגות אלומיניום המכילות סקנדיום.

סגסוגות אלומיניום המכילות סקנדיום

סקנדיום הוא אחד מזיקוק התבואה היעילים ביותר לאלומיניום ונחשב למרכיב חיוני למיטוב תכונות סגסוגת האלומיניום. תכולת הסקנדיום היא בדרך כלל פחות מ-0.5% בסגסוגות אלומיניום, וסגסוגות המכילות סקנדיום מכונות ביחד סגסוגות אלומיניום-סקנדיום (סגסוגות Al-Sc). סגסוגות Al-Sc מציעות יתרונות כגון חוזק גבוה, משיכות טובה, יכולת ריתוך מעולה ועמידות בפני קורוזיה. הם נמצאים בשימוש ביישומים שונים, כולל ספינות, כלי רכב וחלל, כורים וציוד הגנה, מה שהופך אותם לדור חדש של סגסוגות אלומיניום המתאימות למבני רכבות.

קצף אלומיניום

רכבות מהירות מאופיינות בעומסי סרנים קלים, בהאצה והאטה תכופה ופעולות עומס יתר, המחייבות את מבנה הקרון להיות קל ככל האפשר תוך עמידה בדרישות חוזק, קשיחות, בטיחות ונוחות. ברור שהחוזק הספציפי הגבוה, המודולוס הספציפי ומאפייני השיכוך הגבוהים של קצף האלומיניום הקל במיוחד מתאימים לדרישות אלו. מחקר והערכה זרים של יישום קצף אלומיניום ברכבות מהירות הראו שלצינורות פלדה מלאים בקצף אלומיניום יכולת ספיגת אנרגיה גבוהה יותר ב-35% עד 40% מצינורות ריקים ועלייה של 40% עד 50% בחוזק הכיפוף. זה הופך את עמודי הכרכרה ומחיצות לחזקים יותר ופחות נוטים להתמוטט. שימוש בקצף אלומיניום לספיגת אנרגיה באזור החיץ הקדמי של הקטר משפר את יכולות ספיגת הפגיעה. לוחות סנדוויץ' העשויים מקצף אלומיניום בעובי 10 מ"מ ויריעות אלומיניום דקות קלים יותר ב-50% מלוחות פלדה מקוריים תוך הגדלת הקשיחות פי 8.