Ātrgaitas vilcienu vagoni tiek metināti, izmantojot alumīnija materiālus. Dažas ātrgaitas vilcienu līnijas šķērso aukstos reģionus, kur temperatūra ir no mīnus 30 līdz 40 grādiem pēc Celsija. Daži Antarktikas izpētes kuģu instrumenti, aprīkojums un sadzīves piederumi ir izgatavoti no alumīnija materiāliem, un tiem ir jāiztur temperatūra pat no mīnus 60 līdz 70 grādiem pēc Celsija. Ķīnas kravas kuģi, kas ceļo no Arktikas uz Eiropu, izmanto arī dažas iekārtas, kas izgatavotas no alumīnija materiāliem, un dažas no tām ir pakļautas pat mīnus 50 līdz 60 grādu temperatūrai pēc Celsija. Vai tie var normāli darboties tik lielā aukstumā? Nav problēmu, alumīnija sakausējumi un alumīnija materiāli nebaidās no liela aukstuma vai karstuma.

Alumīnijs un alumīnija sakausējumi ir lieliski zemas temperatūras materiāli. Tiem nav zemas temperatūras trausluma, piemēram, parastajiem tērauda vai niķeļa sakausējumiem, kuriem zemās temperatūrās ir ievērojama izturības un elastības samazināšanās. Tomēr alumīnijs un alumīnija sakausējumi atšķiras. Tiem nav zemas temperatūras trausluma pēdas. Visas to mehāniskās īpašības ievērojami palielinās, pazeminoties temperatūrai. Tas nav atkarīgs no materiāla sastāva neatkarīgi no tā, vai tas ir liets alumīnija sakausējums vai kalts alumīnija sakausējums, pulvermetalurģijas sakausējums vai kompozītmateriāls. Tas arī nav atkarīgs no materiāla stāvokļa neatkarīgi no tā, vai tas ir apstrādātā stāvoklī vai pēc termiskās apstrādes. Tas nav saistīts ar lietņu sagatavošanas procesu neatkarīgi no tā, vai to ražo liejot un velmējot vai nepārtraukti liejot un velmējot. Tas arī nav saistīts ar alumīnija ekstrakcijas procesu, tostarp elektrolīzi, oglekļa termisko reducēšanu un ķīmisko ekstrakciju. Tas attiecas uz visiem tīrības līmeņiem, sākot no tehnoloģiskā alumīnija ar 99,50% līdz 99,79% tīrību, augstas tīrības alumīnija ar 99,80% līdz 99,949% tīrību, īpaši tīru alumīniju ar 99,950% līdz 99,9959% tīrību, ārkārtīgi tīru alumīniju ar 99,9960%. līdz 99,9990% tīrības pakāpes un īpaši augstas tīrības pakāpes alumīnijs ar vairāk nekā 99,9990% tīrību. Interesanti, ka divi citi vieglie metāli, magnijs un titāns, arī neuzrāda zemas temperatūras trauslumu.

Ātrgaitas vilcienu vagoniem parasti izmantoto alumīnija sakausējumu mehāniskās īpašības un to saistība ar temperatūru ir parādītas tabulā zemāk.

Ātrgaitas vilcienu vagonos tiek izmantoti alumīnija materiāli, piemēram, Al-Mg sērijas 5005 sakausējuma plāksnes, 5052 sakausējuma plāksnes, 5083 sakausējuma plāksnes un profili; Al-Mg-Si sērijas 6061 sakausējuma plāksnes un profili, 6N01 sakausējuma profili, 6063 sakausējuma profili; Al-Zn-Mg sērijas 7N01 sakausējuma plāksnes un profili, 7003 sakausējuma profili. Tie ir standarta stāvokļos: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

No tabulas datiem ir skaidrs, ka alumīnija sakausējumu mehāniskās īpašības palielinās, pazeminoties temperatūrai. Tāpēc alumīnijs ir lielisks zemas temperatūras konstrukcijas materiāls, kas piemērots izmantošanai raķešu zemas temperatūras degvielas (šķidrais ūdeņradis, šķidrais skābeklis) tvertnēs, sašķidrinātās dabasgāzes (SDG) transporta kuģos un krasta cisternās, zemas temperatūras ķīmisko produktu konteineros, saldētavās. , kravas automašīnas ar refrižeratoru un daudz ko citu.

Uz Zemes kursējošo ātrvilcienu konstrukcijas sastāvdaļas, tostarp vagonu un lokomotīvju sastāvdaļas, var izgatavot, izmantojot esošos alumīnija sakausējumus. Nav nepieciešams pētīt jaunu alumīnija sakausējumu ratiņu konstrukcijām, kas darbojas aukstos reģionos. Tomēr, ja varētu izstrādāt jaunu 6XXX sakausējumu, kura veiktspēja ir par aptuveni 10% augstāka nekā sakausējumam 6061, vai 7XXX sakausējumu ar kopējo veiktspēju par aptuveni 8% augstāku nekā 7N01 sakausējumam, tas būtu nozīmīgs sasniegums.

Tālāk apspriedīsim ratiņu alumīnija sakausējumu attīstības tendences.

In curiznomāt dzelzceļa vagonu vagonu ražošanu un apkopi, tiek izmantotas sakausējuma plāksnes, piemēram, 5052, 5083, 5454 un 6061, kā arī ekstrudētie profili, piemēram, 5083, 6061 un 7N01. Tiek izmantoti arī daži jaunāki sakausējumi, piemēram, 5059, 5383 un 6082. Tiem visiem ir lieliska metināmība, jo metināšanas stieples parasti ir 5356 vai 5556 sakausējumi. Protams, vēlamā metode ir berzes maisīšanas metināšana (FSW), jo tā ne tikai nodrošina augstu metināšanas kvalitāti, bet arī novērš nepieciešamību pēc metināšanas stieplēm. Japānas 7N01 sakausējums, kura sastāvs ir Mn 0,200,7%, Mg 1,02,0% un Zn 4,0–5,0% (viss procentos), ir plaši izmantots dzelzceļa transportlīdzekļu ražošanā. Vācija izmantoja 5005 sakausējuma plāksnes, lai ražotu sānu sienas ātrgaitas Trans Rapid vagoniem, un izmantoja 6061, 6063 un 6005 sakausējuma ekstrūzijas profiliem. Rezumējot, līdz šim gan Ķīna, gan citas valstis lielākoties ir ievērojušas šos sakausējumus ātrgaitas vilcienu ražošanā.

Alumīnija sakausējumi ratiņiem pie 200km/h ~ 350km/h

Mēs varam klasificēt vagonu alumīnija sakausējumus, pamatojoties uz vilcienu darbības ātrumu. Pirmās paaudzes sakausējumi tiek izmantoti transportlīdzekļiem, kuru ātrums ir mazāks par 200 km/h, un tie ir parastie sakausējumi, ko galvenokārt izmanto pilsētas dzelzceļa transportlīdzekļu vagonu ražošanai, piemēram, 6063, 6061 un 5083 sakausējumi. Otrās paaudzes alumīnija sakausējumi, piemēram, 6N01, 5005, 6005A, 7003 un 7005, tiek izmantoti ātrgaitas vilcienu vagonu ražošanai ar ātrumu no 200 km/h līdz 350 km/h. Trešās paaudzes sakausējumi ietver 6082 un skandiju saturošus alumīnija sakausējumus.

Skandiju saturoši alumīnija sakausējumi

Scandium ir viens no efektīvākajiem alumīnija graudu rafinētājiem un tiek uzskatīts par būtisku elementu alumīnija sakausējuma īpašību optimizēšanai. Skandija saturs alumīnija sakausējumos parasti ir mazāks par 0,5%, un sakausējumi, kas satur skandiju, tiek saukti par alumīnija-skandija sakausējumiem (Al-Sc sakausējumiem). Al-Sc sakausējumi piedāvā tādas priekšrocības kā augsta izturība, laba elastība, lieliska metināmība un izturība pret koroziju. Tie tiek izmantoti dažādos lietojumos, tostarp kuģos, kosmosa transportlīdzekļos, reaktoros un aizsardzības iekārtās, padarot tos par jaunas paaudzes alumīnija sakausējumiem, kas piemēroti dzelzceļa transportlīdzekļu konstrukcijām.

Alumīnija putas

Ātrgaitas vilcienus raksturo neliela ass slodze, bieža paātrināšana un palēnināšana, kā arī pārslodzes, kuru dēļ vagonu konstrukcijai jābūt pēc iespējas vieglākai, vienlaikus ievērojot izturības, stingrības, drošības un komforta prasības. Skaidrs, ka īpaši vieglo alumīnija putu augstā īpatnējā izturība, īpašais modulis un augstie slāpēšanas raksturlielumi atbilst šīm prasībām. Ārvalstu pētījumi un alumīnija putu pielietojuma novērtējums ātrgaitas vilcienos ir parādījis, ka ar alumīnija putām pildītām tērauda caurulēm ir par 35% līdz 40% lielāka enerģijas absorbcijas spēja nekā tukšām caurulēm un par 40% līdz 50% lielāka lieces izturība. Tas padara ratiņu balstus un starpsienas izturīgākus un mazāk pakļautus sabrukšanai. Alumīnija putu izmantošana enerģijas absorbcijai lokomotīves priekšējā buferzonā uzlabo trieciena absorbcijas spējas. Sendvičpaneļi, kas izgatavoti no 10 mm biezām alumīnija putām un plānām alumīnija loksnēm, ir par 50% vieglāki nekā oriģinālās tērauda plāksnes, vienlaikus palielinot stingrību 8 reizes.