高铁列车车体用铝合金而不用纯铝的原因是什么?
合金与纯金属相比,具有硬度大、熔点低、耐腐蚀性能好等特点.而使用铝合金,除了以上优点外,还有密度小的优势,可以减少动车的能量消耗.因此,高铁列车车体用铝合金材料而不用纯铝的原因是铝合金质轻而坚硬。\x0d\x0a\x0d\x0a工业铝型材是高铁产业的重要组成部分,也就是高铁车皮的主要材料。\x0d\x0a铝型材是高铁实现轻量化最好的材料。铝合金的密度大约是钢材密度的三分之一,而添加一定元素形成的合金具有比钢合金更高的强度。因此在强度刚性满足高铁车厢安全要求的同时,使用铝合金可以大大减轻高铁列车车厢的自重。一般而言,一个高铁车厢使用的铝合金大概有10吨左右,整个车身的重量要比全部使用钢材减轻30%-50%。\x0d\x0a铝合金具有优良的耐火性和耐电弧性。虽然铝的熔点要低于钢的熔点,但车体的耐火耐电弧性不仅和材料的熔点相关,还与材料的导热性相关。铝合金材料与钢铁相比具有优良的导热性,其散热性比钢要好。\x0d\x0a铝合金具有更强的耐腐蚀性。铝合金表面易形成一层致密的氧化膜,在大气中具有很好的抗氧能力。因此铝合金比钢质车体具有更好的耐腐蚀性,特别是车体不易涂覆的部位。同时铝合金表面可以化学着色、上漆、喷涂,通过这些方法可进一步提高铝构件的耐腐性。\x0d\x0a铝合金有着优秀的塑性。随着大型中空、复杂断面铝塑材的开发应用,铝材焊接技术的不断进步,铝合金车辆制造技术日趋成熟铝合金件的易于更换,不需除锈,适用于各种表面处理,便于维护,还可以回收的特点,是制造工艺大大简化,制造所需工作量也较钢质车体大大减少。从长期来看,铝合金价格适中。铝材价格较高,使得车辆制造成本增加,但由于铝合金使得车辆轻量化,车辆的轻量化带来了运能的增加,耗能的减少,维修的费用降低。有资料显示,交通工具的重量每减少10%,燃料可节约8%。在报废回收时,铝型材产品可以实现100%回收,回收铝型材循环再用可以减少95%的能源消耗。\x0d\x0a基于上述优点,早在20世纪50年代,世界上较发达的一些国家就开始采用铝型材来制造铁路车辆,包括美国、加拿大、日本、俄罗斯、德国和法国等国,目前国内高铁列车车厢已大量使用铝合金材料。业内专家指出,时速300公里以上的高速列车车体必须采用轻量化的铝合金材料,350公里以上的列车车厢除底盘外全部使用铝型材。目前中国铁路客运专线动车组采用的CRHI、CRH2、CRH3、CRH5四种类型中,除CRHI型车体采用的是不锈钢材外,其余3种动车组车体均为铝合金材质。
铝合金
目前国内绝大多数动车组(CRH2、CRH3、CRH5、CRH6、CRH380A/B/C/D)车体都采用铝合金材料,只有CRH1型动车组(1A、1B、1E)比较特殊采用了不锈钢材料,而且最新出厂的新一代CRH1A也已经改换成铝合金车体。
(有说不锈钢车体较铝合金车体坚固,且造价较为低廉,但车体自重过大,这一点对于高速列车来说很不利,也使得目前CRH1全部被限速200运行。CRH1在部分老线路行走时车体会与铁轨发生共振据说也与不锈钢材料有关)
中国目前已经成功拥有世界先进的高铁集成技术、施工技术、装备制造技术和运营管理技术,具有组团出海的实力,可以挑战任何竞争对手。
这不仅需要高铁牵引技术的创新研发,更需要基础制造业的支撑,保证了装备和零件的稳定性和品质性。通过先进的金属表面处理技术使铁轨或列车的设备、零件的性能得到提升,例如,防腐蚀、防锈、防磨损,甚至提高其导电性、润滑性、耐热性、耐候性及装饰性等。其中高铁为了保证通讯信号的畅通,电子连接器的质量至关重要。高铁连接器的外壳通常采用铝合金。此精密连接器要在高温、高湿条件下稳定使用,且能提供一定的电磁屏蔽功能,需要通过电镀军绿锌工艺来满足其性能要求。
用于中国高铁的材料有哪些呢?
对于高速铁路和车体用材料的主要要求是轻质高强、隔振减振
高铁车体
高铁轻量化材料:车体采用不锈钢和铝合金,与普通钢相比,不锈钢减重40%。不锈钢车体不易解决车体气密性问题,只用于制造时速200公里级的车体。由于铝合金强度高,特别是大型空心薄壁铝材轧制技术的完善,成为高速列车车体最理想的材料。
复合材料:由于车辆轻量化的要求越来越高,于是人们就把目光注视到复合材料上来。复合材料的车体比铝制或钢制车体的强度大,用碳纤维复合材料可比铝材质量减轻25%,复合材料具有减振、透声、绝热的性能、利于提高车体的舒适性。
泡沫铝:泡沫铝在车体中的应用,与传统蜂窝铝相比,隔音、隔热、隔振性能提高数倍,并可以降低成本。
转向架
优质碳素钢、低合金低碳高强度钢、耐候钢、高分子复合材料等:转向架的构架是特别重要的高强度部件,关系到整个车辆安全性。转向架必须满足安全、运行舒适、耐磨损、易检修等要求。多采用优质碳素钢、低合金低碳高强度钢、耐候钢、高分子复合材料、铝合金等材料。
车箱内装及设备
车辆内装及设备主要有装饰板、厕所、盥洗室、座椅、座椅、水箱等,主要以铝合金和高分子材料为主。
车轮
车轮材料:当列车时速达300公里时,车轮的杂志含量必须严格控制。在钢铁冶炼时,必须要求车轮钢杂志含量极低且分布均匀,以保证行驶安全。
钢轨
钢轨材料:合金钢除了有较高的循环软化抗力外,还要有较好的抵抗短波磨损的能力。此外钢轨钢的强韧性和纯净性的有待进一步提高,发展热处理钢轨、稀土钢轨、降噪降振新钢轨、贝氏体钢轨以提高耐磨性和抗疲劳性。
除此之外,还有用在接触线上的滑块摩擦副材料、用在受电弓滑板上的材料等。
一直以来,高铁以创新科技为驱动,以不断创新为动力,开创了中国制造业的一个又一个新的里程碑。
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。 在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。目前铝合金是应用最多的合金。
物质特性
铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。硬铝合金属AI—Cu—Mg系,一般含有少量的Mn,可热处理强化.其特点是硬度大,但塑性较差。超硬铝属Al一Cu—Mg—Zn系,可热处理强化,是室温下强度最高的铝合金,但耐腐蚀性差,高温软化快。锻铝合金主要是Al—Zn—Mg—Si系合金,虽然加入元素种类多,但是含量少,因而具有优良的热塑性,适宜锻造,故又称锻造铝合金。