고속철도객차는알루미늄으로용접되어있으며일부고속철도는섭씨영하 30~40도의저온지역을통과하고, 남극과학연구선의일부기기, 장비및 일용품은영하 60~70도의기온을견뎌야하는알루미늄으로만들어졌습니다. 테스트; 중국에서북극을거쳐유럽으로가는상선의일부장비도알루미늄으로만들어져일부가노출되어있고주변온도도영하 50도또는 60도인데, 이렇게추운환경에서정상적으로작동할수 있을까요? 알루미늄합금과알루미늄소재는추위와열을가장두려워하지않습니다.
알루미늄과알루미늄합금은최고의저온소재입니다. 저온취성이없습니다. 일반강철및 니켈합금과달리저온취성이뚜렷합니다. 온도가낮아짐에따라강도특성이증가하지만가소성과인성이증가합니다. 온도가떨어지면감소, 즉명백한저온취성이있습니다.
그러나알루미늄과알루미늄합금은상당히다릅니다. 저온취성의흔적이없습니다. 주조알루미늄합금이든변형알루미늄합금이든재료의구성에관계없이온도가낮아지면모든기계적특성이크게증가하며, 주조알루미늄합금이든변형알루미늄합금이든관계없이온도가낮아지면모든기계적특성이크게증가합니다. 그것은분말야금합금또는복합재료입니다; 그것은가공또는열처리여부에관계없이재료의상태와관련이없습니다; 그것은잉곳에의해압연되거나용융압연또는연속압연에의해연속적으로주조되든잉곳의준비과정과관련이없습니다; 알루미늄의추출공정, 전해, 탄열환원, 화학추출과관련이없으며모두저온취성이없으며순도 99 % ~ 99인지여부에관계없이순도와는관련이없습니다. 79% 공정순수알루미늄, 여전히 99. 80 % ~ 99. 949% 고순도알루미늄, 99. 950%~99. 9959 % 초순도알루미늄 (초순도), 99. 9960 % ~ 99. 9990% 초고순도알루미늄(극순도), >99. 9990% 초고순도알루미늄등. 저온취성이없습니다. 흥미롭게도다른두 가지경금속인마그네슘과티타늄은알루미늄과마찬가지로저온취성이없습니다. 일반적으로사용되는몇 가지고속철도차체압출알루미늄합금프로파일의기계적특성과온도간의관계는다음표에나와있습니다.
고속철도차량알루미늄소재에는 5005 합금플레이트, 5052 합금플레이트, 5083 합금플레이트및 프로파일, Al-Mg-Si 시리즈 6061 합금플레이트및 프로파일, 6N01 합금프로파일, 6063 합금프로파일, Al-Zn-Mg 7N01 합금플레이트및 프로파일, 7003 합금프로파일이있습니다. 표준상태는 O, H14, H18, H112, T4, T5, T6입니다.
어떤종류의알루미늄합금이라도온도가낮아질수록기계적특성이증가하기때문에알루미늄은일종의정교한저온구조재료로로켓의저온연료 (액체수소, 액체산소) 저장탱크, 액화천연가스 (LNG) 알루미늄은운송선박및 해안기반저장탱크, 저온화학제품용기, 냉장보관및 냉장트럭에사용할수 있습니다.
지구를달리는고속열차의객차와전면의구조부품은현재해당알루미늄합금으로만들수 있습니다. 알루미늄합금으로만들수있는모든부품은현재해당알루미늄합금으로만들수 있으며, 추운지역에서작동하는일종의알루미늄합금과차체구조를연구하는다른방법을찾을필요가없습니다. 물론 6061 합금보다약 10 % 더다양한특성을가진 6XXX 합금이나 7N01 합금보다약 8 % 더큰 7XXX 합금을개발할수 있다면물론큰 공로가될 것입니다.
실제로중국헤이룽장성, 이후내몽고자치구, 신장위구르자치구, 티베트자치구, 칭하이성에서운행되는고속철은알루미늄합금구조의 "고저온"으로간주할수 없으며합금부품의특별한처리가필요하지않으며재료생산공정매개변수를특별히조정할필요도없습니다.
고속고속철도용으로생산된알루미늄소재의성능이다른추운지역에서운행되는고속철도차량용으로중국 GB, 유럽 EN, 일본 JIS, 미국 ASTM 및기타표준의요구사항을충족하는한, 적격제품이며특별한조치가필요하지않습니다. 따라서비용이증가하지않습니다.
캐리지의알루미늄합금개발동향
철도차체의제조및 유지보수에사용되는시트합금에는 5052, 5083, 5454, 6061 및기타합금이포함되며사용되는압출프로파일은 5083, 6061, 7N01 등입니다. 5059, 5383, 6082 등과같은일부새로운합금도적용되었습니다. 또한적용되었습니다. 모두용접성이우수합니다. 용접와이어는 5356 또는 5556 합금입니다. 물론용접품질이높을뿐만아니라용접와이어가필요하지않은마찰교반용접 (FSW)을사용하는것이가장좋습니다. 나중에일본에서개발한 7N01 합금(Mn0. 20~0. 7, Mg1. 0~2. 0, Zn4. 0~5. 0, 단위 %)은철도차량제조에널리사용되었으며독일은고속철도 Trans Rapid 객차제조에 5005 합금판을사용하여벽 패널을만들고 6061, 6063 및 6005 합금으로사용된프로파일을압출했습니다. 요컨대, 이러한합금은기본적으로지금까지중국이나다른국가에서제조된고속철도차량에여전히사용되고있습니다. 200km/h~350km/h 열차차체알루미늄합금
열차의운행속도에따라차체의알루미늄합금은시속 200km 미만의차량에사용되는 1세대합금과시속 200km 이상의차량에사용되는 2세대합금으로나눌수 있습니다. 기존합금으로도시철도차량의차체제작에주로사용되는 6063 및 6061 합금. 5083 합금등, 2세대합금은 6N01, 5005, 6005A, 7003, 7005 합금등 200km/h~350km/h 속도의고속철도차량제작에사용되며, 3세대합금은스칸듐알루미늄합금등이포함된 6082입니다.
6N01 및 7N01 합금(일본합금이며 N은일본을의미함) 외에도 7003 합금도있습니다. 마그네슘함량이 7N01 합금보다낮습니다. 낮은 Mg Al-Zn-Mg 합금입니다. 납땜성강도는 7N01 합금과동등하며압출성이높습니다. 도호쿠, 조에쓰신칸센, 삿포로지하철은벽 두께가 3mm인넓은프로파일을생산하기위해 7003 및 7N01 합금을많이사용합니다.
6005A 합금(Si0. 50~0. 9, Mg0. 40~0. 7, Mn 및 Cr 0. 12~0. 50, %)은프랑스에등록되어있습니다. 미국 6005 합금과비교하면 Mg와 Si의함량은동일하지만 Cr의 Mn이 0. 12 % ~ 0. 50 % 증가하여 6063 합금과비슷한압출성을가질뿐만아니라강도특성도향상되었습니다. 6N01 합금도마찬가지입니다. 일본산요전철의 3050 차체의사이드패널(폭 507mm, 벽두께 2. 5mm)과 558mm 폭의바닥, 사이드플레이트후크와처마빔 제작을위한크고넓은중공프로파일은모두압출된 6N01 합금을사용하고있습니다. 350ktm/h~450km/h 열차차체알루미늄합금, 이것은차체에사용되는차세대알루미늄합금이며, 열차속도는최대 450m/h이며, 차량은더 큰외력을견뎌야하고진동이더 강하므로새로운경량고속알루미늄합금세대를개발해야합니다.
스칸듐을함유한알루미늄합금. 스칸듐은알루미늄및 알루미늄합금에가장효과적인곡물정제제이며알루미늄합금의특성을최적화하는데 효과적인원소중 하나이기도합니다. 스칸듐의함량은 0.5% 미만입니다. 함량에관계없이스칸듐을포함하는모든합금을통칭하여알루미늄-스칸듐합금이라고합니다. Al-Sc 합금은고강도, 우수한가소성, 우수한용접성및 강한내식성의장점을가지고있습니다. 선박, 항공우주차량, 원자로, 국방및 군사장비등의분야에서사용되는차세대알루미늄합금중 하나입니다. 철도차량구조물제조에사용됩니다.
그러나현재알루미늄합금에스칸듐을첨가하면구조와성능을어떻게개선할수 있는지는아직체계적으로연구되고있습니다. 스칸듐은희토류원소입니다. 중국은세계최대의스칸듐생산국이며, 알루미늄-Sc 합금연구분야에서세계선두를달리고있습니다. 전반적으로 Al-Sc 합금연구및 응용분야의선두주자인러시아만큼은아닙니다. 동북경합금 Co. Ltd. 와중앙사우스대학교, 항공우주재료및 기술연구소는 Al-Sc 합금의연구개발에많은노력을기울여왔습니다. 이들이연구한 '대형 5B70 알루미늄-마그네슘-스칸듐합금시트'는 2017년중국비철금속산업과학기술부문 1등상, '항공우주용용접가능한고강도 Al-Zn-Mg-Sc 합금'으로 2등상을수상했습니다.
6082 합금 6N01 합금의대중화에이어 1972년에형성된 6082 합금은철도장비제조부서의관심을끌었습니다. 이합금의강도는 7N01 합금과 6N01 합금의강도사이에있습니다. 6082-T5 사각튜브(스프레이온라인담금질)의인장강도 Rm은언더프레임빔의해당요구사항을충족합니다. 기본실험에따르면이 합금은해당분야에적용될수 있습니다. 그러나철도장비부서에서널리홍보하려면여전히많은작업을수행해야합니다. 30 년전 무결점으로간주되었던알루미늄열차의조립노드의피로강도와관련하여열차무게의변화와가벼운구조로인해현재신형고속열차에는더 이상적합하지않지만영하수십도는알루미늄합금의경우실제로 "작은테스트"이기때문에이것은고냉지역의온도와는아무런관련이없습니다. 저온이아닙니다. 동시에온도가낮을수록알루미늄구조가더 강해집니다.
발포알루미늄: 고속열차는차축하중이가볍고가속과감속이잦으며과부하운전이잦은특성을가지고있습니다. 차체구조는강도, 강성, 안전및 승차감을충족한다는전제하에가능한한 가벼워야합니다. 분명히초경량알루미늄폼의높은비강도, 높은비계수, 높은감쇠및 기타특성은이러한요구사항과매우일치합니다. 외국에서는고속열차에발포알루미늄을적용하는것에대한자세한연구와평가를수행했습니다. 발포알루미늄으로채워진강관의에너지흡수능력은빈 파이프보다 35 % -40 % 더높고굽힘강도는 40 % -50 % 증가한것으로나타났습니다. 캐리지기둥과칸막이를더 튼튼하고붕괴하기쉽지않게만들고, 기관차헤드버퍼를발포알루미늄으로채우면충격에너지흡수능력을향상시킬수 있으며, 10mm 두께의발포알루미늄과얇은알루미늄판으로만든샌드위치패널은원래강판보다 50% 더가볍습니다. 강성은 8배증가했습니다.
현재중국고속철도의관련부서에서는발포알루미늄샌드위치패널을사용하여고속철도객실바닥과문을제작할수 있는가능성을연구하고있습니다. 차세대고속철도가직면한일련의주요과학및 기술문제를신속하게해결하기위해철도부와중국과학원은공동으로첨단철도교통역학연구센터를설립하여고속열차재료및 구조신뢰성, 소음저감이론및 기술등에대한연구를수행하고있습니다. 콘텐츠의상당부분이초경량발포알루미늄과관련이있습니다.
고속열차의속도가지속적으로증가함에따라소음이승객의안락함과주변환경에미치는영향은고속열차개발의주요제약조건중 하나가되었습니다. 차량내부의소음에비해차량외부의소음은환경에더 심각한영향을미치며고속열차가터널을통과하거나터널에서두 개의고속레일이교차할 때발생하는잔향소음과그로인한진동은효과적인제어없이는고속철도발전에큰 장애물이될 수있는등 파괴력이매우강합니다. 고속열차의소음공해를줄이려면인구밀집지역과터널을통과하는철도의양쪽에장벽을설치해야합니다. 초경량오픈셀알루미늄폼의주요기능중 하나는흡음이며, 이성능은셀 유형이나음향구조를변경하여조정할수 있습니다. 또한발포알루미늄은부식방지, 내후성및 가공특성도우수하여실외방음벽에적합한흡음소재입니다.
