アルミニウム合金の低温性能

公開時間： 05 / 22 2021 著者：サイト編集者訪問：11992

高速鉄道車両はアルミニウムで溶接されており、一部の高速鉄道路線は摂氏マイナス30〜40度のコールドゾーンを通過します。南極の科学研究船の機器、機器、日用品の一部はアルミニウムでできており、摂氏マイナス50度から60度の温度に耐える必要があります。テスト; 中国から北極圏を経由してヨーロッパに向かう商船の一部の機器もアルミニウムでできており、その一部が露出しており、周囲温度も摂氏マイナスXNUMX度またはXNUMX度です。それらはそのような寒い環境で正常に動作できますか？問題ありません、アルミニウム合金とアルミニウム材料は、寒さと熱を最も恐れません。

アルミニウムとアルミニウム合金は最高の低温材料です。低温脆性はありません。通常の鋼やニッケル合金とは異なり、それらは明らかに低温脆性を持っています。それらの強度特性は温度の低下とともに増加しますが、それらの可塑性と靭性は増加します。温度が下がると、温度は下がります。つまり、明らかに低温で脆くなります。

アルミニウム合金の低温性能

ただし、アルミニウムとアルミニウム合金はまったく異なります。低温脆性の痕跡はありません。それらのすべての機械的特性は、材料の組成に関係なく、鋳造アルミニウム合金であるか変形アルミニウム合金であるか、鋳造アルミニウム合金であるか変形アルミニウム合金であるかに関係なく、温度が下がるにつれて大幅に増加します。それは粉末冶金合金または複合材料です。加工されているか熱処理されているかにかかわらず、材料の状態とは何の関係もありません。インゴットで圧延するか、溶融圧延または連続圧延で連続鋳造するかにかかわらず、インゴットの準備プロセスとは何の関係もありません。アルミニウムの抽出プロセス、電解、炭素熱還元、化学抽出とは何の関係もありません。すべて低温脆性はありません。 99.50％〜99.79％プロセス純アルミニウムかどうか、純度とは関係ありません、それでも99.80％〜99.949％高純度アルミニウム、99.950％〜99.9959％超純アルミニウム（超純度）、99.9960％〜99.9990％非常に純粋なアルミニウム（極度の純度）、> 99.9990％の超高純度アルミニウムなど。低温脆性はありません。興味深いことに、他のXNUMXつの軽金属（アルミニウムのようなマグネシウムとチタン）には、低温脆性がありません。
次の表に、一般的に使用されているいくつかの高速鉄道車体の押し出しアルミニウム合金プロファイルの機械的特性と温度の関係を示します。

高速鉄道車両のアルミニウム材料には、5005合金プレートのAl-Mgシリーズ、5052合金プレート、5083合金プレートとプロファイル、Al-Mg-Siシリーズ6061合金プレートとプロファイル、6N01合金プロファイル、6063合金プロファイル、Al-Znが含まれます。 -Mg 7N01合金プレートとプロファイル、7003合金プロファイルです。標準状態は、O、H14、H18、H112、T4、T5、T6です。

どんなアルミニウム合金でも、温度が下がると機械的性質が増すので、アルミニウムは一種の絶妙な低温構造材料であり、ロケットの低温燃料（液体水素、液体酸素）貯蔵タンクであり、液化されています。天然ガス（LNG）アルミニウムは、輸送船や陸上の貯蔵タンク、低温化学製品の容器、冷蔵、および冷蔵トラックに使用できます。

キャリッジの構造部品と地球上を走る高速列車の前部は、現在対応しているアルミニウム合金で作ることができます。アルミニウム合金で作ることができるすべての部品は、現在の対応するアルミニウム合金で作ることができ、高寒冷地で動作するアルミニウム合金の種類とその車体構造を研究する別の方法を見つける必要はありません。もちろん、もちろん、6合金よりも約10％大きいさまざまな特性を持つ6061XXX合金、または7N8合金よりも約7％大きい01XXX合金を開発できれば、それは大きな功績です。

実際、中国の平龍江省、後に内モンゴル自治区、新疆ウイグル自治区、チベット自治区、青海省を走る高速鉄道は、アルミニウム合金構造にとって「極寒」とは見なされません。合金部品の特別な処理を必要とせず、材料製造プロセスのパラメータを特別に調整する必要もありません。

高速高速鉄道またはそれ以降で他の寒冷地で運行される高速鉄道車両用に製造されたアルミニウム材料の性能が、中国のGB、ヨーロッパのEN、日本のJIS、アメリカのASTMおよびその他の規格の要件を満たしている限り、認定製品であり、特別な措置は必要ありません。コストを上げないように。

キャリッジにおけるアルミニウム合金の開発動向

鉄道車両本体の製造および保守に使用されるシート合金には、5052、5083、5454、6061およびその他の合金が含まれ、使用される押出プロファイルは、5083、 6061、7など。これも適用されています。それらはすべて良好な溶接性を持っています。溶接ワイヤは01または5059合金です。もちろん、摩擦攪拌接合（FSW）を使用するのが最善です。これは、溶接品質が高いだけでなく、溶接ワイヤを必要としません。その後、日本が開発した5383N6082合金（Mn5356〜5556、Mg7〜01、Zn0.20〜0.7、単位％）が鉄道車両の製造に広く使用されました。ドイツは、高速鉄道トランスラピッドキャリッジの製造に1.0合金プレートを使用しました。壁パネルを作成し、2.0、4.0、および5.0合金で使用済みプロファイルを押し出します。つまり、これらの合金は基本的に今でも中国などで製造されている高速鉄道車両に使われています。
200km / h〜350km / hトレインボディアルミ合金

列車の運行速度に応じて、車両本体のアルミニウム合金を次のように分類できます。速度が200km / h未満の車両に使用される第6063世代の合金。それらは従来の合金であり、6061や5083などの都市鉄道車両のキャリッジ本体の製造に主に使用されます。、6合金など。 01N5005、6005、7003A、7005、200合金などの第350世代アルミニウム合金は、6082km / hからXNUMXkm / hの速度の高速鉄道車両の製造に使用されます。第XNUMX世代の合金はXNUMXで、スカンジウムアルミニウム合金などが含まれています。

6N01および7N01合金（これらは日本の合金であり、Nは日本を表します）に加えて、7003合金もあります。そのMg含有量は7N01合金のそれよりも低いです。低MgのAl-Zn-Mg合金です。そのはんだ付け性と強度は7N01合金と同等であり、より高い押出し性を備えています。東北、上越新幹線、札幌市営地下鉄は、7003合金と7N01合金を多数使用し、壁厚3mmのワイドプロファイルを実現しています。

6005A合金（Si0.50〜0.9、Mg0.40〜0.7、MnおよびCr 0.12〜0.50、％）はフランスで登録されています。 US 6005合金と比較して、MgとSiの含有量は同じですが、CrのMnが0.12％〜0.50％増加すると、6063合金に匹敵する押出し性だけでなく、強度特性も向上します。同じことが6N01合金にも当てはまります。日本の山陽電気鉄道の507車体のサイドパネル（幅2.5mm、壁厚3050mm）、幅558mmの床、サイドプレートフックと軒梁の製造用の大きくて広い中空プロファイルはすべて6N01合金を使用しています押し出された。
350ktm / h〜450km / h列車の車体アルミニウム合金、これは車体に使用される新世代のアルミニウム合金であり、列車の速度は最大450m / hであり、車両はより大きな外力に耐える必要があり、振動はより大きくなります強烈なので、新開発が必要軽量高速アルミ合金のA世代。

スカンジウムを含むアルミニウム合金。スカンジウムは、アルミニウムおよびアルミニウム合金の最も効果的な結晶粒微細化剤であり、アルミニウム合金の特性を最適化するための効果的な元素の0.5つでもあります。スカンジウムの含有量はXNUMX％未満です。含有量に関係なく、スカンジウムを含むすべての合金は、まとめてアルミニウム-スカンジウム合金と呼ばれます。 Al-Sc合金には、高強度、優れた可塑性、優れた溶接性、および強力な耐食性という利点があります。これは、船舶、航空宇宙車両、原子炉、国防および軍事機器、そしてもちろんの分野で使用される新世代のアルミニウム合金のXNUMXつです。鉄道車両構造の製造に使用されます。

しかし、現在のアルミニウム合金にスカンジウムを添加することで構造と性能をどのように改善できるかについては、体系的に研究する必要があります。スカンジウムは希土類元素です。中国はスカンジウムの世界最大の生産国であり、Al-Sc合金研究の世界最前線にランクされています。全体として、Al-Sc合金の研究と応用のリーダーであるロシアほど良くはありません。ノースイーストライトアロイ株式会社、中南大学、航空宇宙材料技術研究所は、Al-Sc合金の研究開発に多くの研究を行ってきました。彼らが研究した「大型5B70アルミニウム-マグネシウム-スカンジウム合金シート」は、2017年の中国非鉄金属産業で科学技術のXNUMX位、「溶接可能な高強度Al-Zn-Mg-Sc合金のXNUMX位」を受賞しました。航空宇宙」。

6082N6合金の普及に続いて01合金、6082年に形成された1972合金は、鉄道機器製造部門の注目を集めています。この合金の強度は、7N01合金と6N01合金の強度の間にあります。 6082-T5角型チューブ（スプレーオンライン焼入れ）の引張強度Rmは、台枠ビームの対応する要件を満たしています。基本的な実験は、この合金が対応する分野に適用できることを示しています。しかし、鉄道設備部門で広く普及させるためには、まだまだ多くの作業が必要です。 30年前に誰にでもできるとされていたアルミ列車の組立節の疲労強度については、列車の重量の変化や構造の軽量化により、現在の新高速列車には適さなくなっていますが、マイナス数十℃は実際にはアルミニウム合金の「小さなテスト」であるため、これは高寒冷地の温度とは何の関係もありません。低温ではありません。同時に、温度が低いほど、アルミニウム構造は強くなります。

発泡アルミニウム：高速列車は、車軸荷重が軽く、加速と減速が頻繁に行われ、過負荷運転が行われるという特徴があります。車体の構造は、強度、剛性、安全性、快適性を考慮して、可能な限り軽量化する必要があります。明らかに、超軽量アルミニウムフォームの高い比強度、高い比弾性率、高い減衰およびその他の特性は、これらの要件と非常に一致しています。外国では、高速列車への発泡アルミニウムの適用について詳細な調査と評価が行われています。発泡アルミニウムを充填した鋼管のエネルギー吸収能力は、空の管よりも35％〜40％高く、曲げ強度が40％〜50％増加することがわかります。キャリッジの支柱と仕切りをより強くし、崩壊しにくいようにします。機関車のヘッドバッファーを発泡アルミニウムで満たすと、衝突エネルギーを吸収する能力を向上させることができます。厚さ10mmの発泡アルミニウムと薄いアルミニウムプレートで作られたサンドイッチパネルは、元の鋼板よりも50％軽量です。剛性が8倍になりました。

現在、中国の高速鉄道の関連部門は、発泡アルミニウムサンドイッチパネルを使用して高速鉄道コンパートメントの床とドアを準備することの実現可能性を研究しています。次世代高速鉄道が直面する一連の主要な科学技術問題の解決を促進するために、鉄道部門と中国科学アカデミーは共同で高速鉄道輸送力学研究センターを設立し、高速鉄道の研究を行っています。鉄道の材料と構造の信頼性、騒音低減の理論と技術など。内容のかなりの部分は、超軽量発泡アルミニウムに関連しています。

高速列車の速度が絶えず増加しているため、騒音が乗客の快適性や周囲の環境に与える影響は、高速列車の開発における重要な制約のXNUMXつになっています。車内の騒音と比較して、車外の騒音は環境に深刻な影響を及ぼし、高速列車がトンネルを通過するとき、またはXNUMX本の高速鉄道が交差するときに発生する残響音とその結果生じる振動トンネルは、効果的な制御がないと、高速鉄道の開発の大きな障害になる可能性があるなど、非常に強力な破壊力を持っています。高速鉄道の騒音公害を低減するために、人口密集地域を通過する鉄道の両側とトンネルにバリアを設置する必要があります。超軽量の連続気泡アルミニウムフォームの主な機能のXNUMXつは吸音であり、この性能はセルの種類や音響構造を変更することで調整できます。また、発泡アルミニウムは耐食性、耐候性、加工性に優れているため、屋外の防音壁に優れた吸音材です。

転載のためにこの記事の出典と住所を保管してください: アルミニウム合金の低温性能

ミンゲダイカスト会社高品質で高性能な鋳造部品の製造と提供に専念しています（金属ダイカスト部品の範囲は主に含まれています薄肉ダイカスト,ホットチャンバーダイカスト,コールドチャンバーダイカスト）、ラウンドサービス（ダイカストサービス、CNCの機械化,金型製作、表面処理）。カスタムのアルミニウムダイカスト、マグネシウムまたはザマック/亜鉛ダイカスト、およびその他の鋳造要件については、お問い合わせください。

ISO9001とTS16949の管理下で、すべてのプロセスは、ブラスターからウルトラソニック洗濯機に至るまで、何百もの高度なダイキャスティングマシン、5軸マシン、およびその他の設備を介して実行されます。経験豊富なエンジニア、オペレーター、検査官のチームがお客様の設計を実現します。

ダイカストの委託製造業者。機能には、0.15ポンドからのコールドチャンバーアルミニウムダイカスト部品が含まれます。 6ポンドまで、クイックチェンジセットアップ、および機械加工。付加価値サービスには、研磨、振動、バリ取り、ショットブラスト、塗装、メッキ、コーティング、組み立て、および工具が含まれます。使用する材料には、360、380、383、413などの合金が含まれます。

亜鉛ダイカスト設計支援/コンカレントエンジニアリングサービス。精密亜鉛ダイカストのカスタムメーカー。ミニチュア鋳造、高圧ダイカスト、マルチスライドモールド鋳造、従来のモールド鋳造、ユニットダイおよび独立ダイカスト、およびキャビティシール鋳造を製造することができます。鋳物は、最大24インチインチ+/- 0.0005インチの公差で長さと幅で製造できます。