Gerabak kereta api berkelajuan tinggi dikimpal menggunakan bahan aluminium. Beberapa laluan kereta api berkelajuan tinggi melalui kawasan sejuk dengan suhu serendah tolak 30 hingga 40 darjah Celsius. Sesetengah instrumen, peralatan dan bekalan hidup pada kapal penyelidikan Antartika diperbuat daripada bahan aluminium dan perlu menahan suhu serendah tolak 60 hingga 70 darjah Celsius. Kapal kargo China yang melakukan perjalanan dari Artik ke Eropah juga menggunakan beberapa peralatan yang diperbuat daripada bahan aluminium, dan sebahagian daripadanya terdedah kepada suhu serendah tolak 50 hingga 60 darjah Celsius. Bolehkah mereka beroperasi secara normal dalam keadaan sejuk yang melampau? Tiada masalah, aloi aluminium dan bahan aluminium tidak takut sejuk atau panas yang melampau.

Aloi aluminium dan aluminium adalah bahan suhu rendah yang sangat baik. Mereka tidak mempamerkan kerapuhan suhu rendah seperti keluli biasa atau aloi nikel, yang menunjukkan penurunan ketara dalam kekuatan dan kemuluran pada suhu rendah. Walau bagaimanapun, aloi aluminium dan aluminium adalah berbeza. Mereka tidak menunjukkan sebarang kesan kerapuhan suhu rendah. Semua sifat mekanikalnya meningkat dengan ketara apabila suhu berkurangan. Ini adalah bebas daripada komposisi bahan, sama ada aloi aluminium tuang atau aloi aluminium tempa, aloi metalurgi serbuk atau bahan komposit. Ia juga bebas daripada keadaan bahan, sama ada dalam keadaan diproses atau selepas rawatan haba. Ia tidak berkaitan dengan proses penyediaan jongkong, sama ada ia dihasilkan melalui tuangan dan penggulungan atau tuangan dan penggulungan berterusan. Ia juga tidak berkaitan dengan proses pengekstrakan aluminium, termasuk elektrolisis, pengurangan haba karbon, dan pengekstrakan kimia. Ini terpakai kepada semua peringkat ketulenan, daripada aluminium proses dengan ketulenan 99.50% hingga 99.79%, aluminium ketulenan tinggi dengan ketulenan 99.80% hingga 99.949%, aluminium ketulenan super dengan ketulenan 99.950% hingga 99.9959%, ​​ketulenan melampau aluminium dengan 99.99600%. kepada 99.9990% ketulenan, dan aluminium ketulenan ultra-tinggi dengan lebih 99.9990% ketulenan. Menariknya, dua logam ringan lain, magnesium dan titanium, juga tidak menunjukkan kerapuhan suhu rendah.

Sifat mekanikal aloi aluminium yang biasa digunakan untuk gerabak kereta api berkelajuan tinggi dan hubungannya dengan suhu ditunjukkan dalam jadual di bawah.

Gerabak kereta api berkelajuan tinggi menggunakan bahan aluminium seperti plat aloi Al-Mg siri 5005, plat aloi 5052, plat aloi 5083 dan profil; Al-Mg-Si siri 6061 plat aloi dan profil, profil aloi 6N01, profil aloi 6063; Plat aloi Al-Zn-Mg siri 7N01 dan profil, profil aloi 7003. Mereka datang dalam keadaan standard: O, H14, H18, H112, T4, T5, T6.

Daripada data dalam jadual, adalah jelas bahawa sifat mekanikal aloi aluminium meningkat apabila suhu menurun. Oleh itu, aluminium ialah bahan struktur suhu rendah yang sangat baik sesuai digunakan dalam tangki bahan api suhu rendah roket (hidrogen cecair, oksigen cecair), kapal pengangkutan gas asli cecair (LNG) dan tangki darat, bekas produk kimia suhu rendah, penyimpanan sejuk. , trak sejuk dan banyak lagi.

Komponen struktur kereta api berkelajuan tinggi yang berjalan di Bumi, termasuk komponen gerabak dan lokomotif, semuanya boleh dihasilkan menggunakan aloi aluminium sedia ada. Tidak perlu menyelidik aloi aluminium baharu untuk struktur gerabak yang beroperasi di kawasan sejuk. Walau bagaimanapun, jika aloi 6XXX baharu dengan prestasi kira-kira 10% lebih tinggi daripada aloi 6061 atau aloi 7XXX dengan prestasi keseluruhan kira-kira 8% lebih tinggi daripada aloi 7N01 boleh dibangunkan, itu akan menjadi pencapaian yang ketara.

Seterusnya, mari kita bincangkan trend pembangunan aloi aluminium pengangkutan.

Dalam selekohpembuatan sewa dan penyelenggaraan gerabak kenderaan rel, plat aloi seperti 5052, 5083, 5454, dan 6061 digunakan, bersama-sama dengan profil tersemperit seperti 5083, 6061, dan 7N01. Beberapa aloi baru seperti 5059, 5383, dan 6082 juga sedang digunakan. Kesemuanya mempamerkan kebolehkimpalan yang sangat baik, dengan wayar kimpalan lazimnya ialah aloi 5356 atau 5556. Sudah tentu, kimpalan kacau geseran (FSW) adalah kaedah pilihan, kerana ia bukan sahaja memastikan kualiti kimpalan yang tinggi tetapi juga menghapuskan keperluan untuk wayar kimpalan. Aloi 7N01 Jepun, dengan komposisi Mn 0.200.7%, Mg 1.02.0%, dan Zn 4.0~5.0% (semua dalam %), telah menemui penggunaan meluas dalam pembuatan kenderaan rel. Jerman menggunakan plat aloi 5005 untuk menghasilkan dinding sisi untuk gerabak Trans Rapid berkelajuan tinggi dan menggunakan penyemperitan aloi 6061, 6063, dan 6005 untuk profil. Secara ringkasnya, sehingga kini, kedua-dua China dan negara lain kebanyakannya mematuhi aloi ini untuk pembuatan kereta api berkelajuan tinggi.

Aloi Aluminium untuk Pengangkutan pada 200km/j~350km/j

Kita boleh mengkategorikan aloi aluminium gerabak berdasarkan kelajuan operasi kereta api. Aloi generasi pertama digunakan untuk kenderaan dengan kelajuan di bawah 200km/j dan merupakan aloi konvensional yang digunakan terutamanya untuk pembuatan gerabak kenderaan rel bandar, seperti aloi 6063, 6061, dan 5083. Aloi aluminium generasi kedua seperti 6N01, 5005, 6005A, 7003, dan 7005 digunakan untuk pembuatan gerabak kereta api berkelajuan tinggi dengan kelajuan antara 200km/j hingga 350km/j. Aloi generasi ketiga termasuk 6082 dan aloi aluminium yang mengandungi skandium.

Aloi Aluminium yang Mengandungi Skandium

Scandium ialah salah satu penapis bijirin yang paling berkesan untuk aluminium dan dianggap sebagai elemen penting untuk mengoptimumkan sifat aloi aluminium. Kandungan skandium biasanya kurang daripada 0.5% dalam aloi aluminium, dan aloi yang mengandungi skandium secara kolektif dirujuk sebagai aloi aluminium-skandium (aloi Al-Sc). Aloi Al-Sc menawarkan kelebihan seperti kekuatan tinggi, kemuluran yang baik, kebolehkimpalan yang sangat baik, dan rintangan kakisan. Ia digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk kapal, kenderaan aeroangkasa, reaktor, dan peralatan pertahanan, menjadikannya aloi aluminium generasi baharu yang sesuai untuk struktur kenderaan kereta api.

Buih Aluminium

Kereta api berkelajuan tinggi dicirikan oleh beban gandar yang ringan, pecutan dan nyahpecutan yang kerap, dan operasi yang terlebih beban, yang memerlukan struktur gerabak seringan mungkin sambil memenuhi keperluan kekuatan, ketegaran, keselamatan dan keselesaan. Jelas sekali, kekuatan khusus tinggi buih aluminium ultra-ringan, modulus khusus dan ciri-ciri redaman tinggi sejajar dengan keperluan ini. Penyelidikan dan penilaian asing terhadap penggunaan buih aluminium dalam kereta api berkelajuan tinggi telah menunjukkan bahawa tiub keluli yang dipenuhi buih aluminium mempunyai keupayaan penyerapan tenaga 35% hingga 40% lebih tinggi daripada tiub kosong dan peningkatan 40% hingga 50% dalam kekuatan lentur. Ini menjadikan tiang gerabak dan sekatan lebih teguh dan kurang terdedah kepada runtuh. Menggunakan buih aluminium untuk penyerapan tenaga di zon penampan hadapan lokomotif meningkatkan keupayaan penyerapan hentaman. Panel sandwic yang diperbuat daripada busa aluminium tebal 10mm dan kepingan aluminium nipis adalah 50% lebih ringan daripada plat keluli asal sambil meningkatkan kekukuhan sebanyak 8 kali ganda.