Ứng dụng hợp kim nhôm trong trọng lượng nhẹ của thiết bị vận chuyển đường sắt

Hợp kim nhôm có một loạt các đặc điểm tuyệt vời như mật độ thấp, độ bền và độ cứng cụ thể cao, độ dẫn điện / dẫn nhiệt tốt, khả năng hấp thụ sốc và giảm xóc, che chắn điện từ và hấp thụ năng lượng cao ở tốc độ căng thẳng cao. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, vận tải đường sắt, công nghiệp đóng tàu, các sản phẩm điện tử 3C và các lĩnh vực khác.

Ứng dụng hợp kim nhôm trong trọng lượng nhẹ của thiết bị vận chuyển đường sắt

Hợp kim nhôm là vật liệu cấu trúc kim loại đầu tiên được sử dụng cho thiết bị vận chuyển nhẹ. Hiện nay, thân tàu cao tốc ở nhiều quốc gia về cơ bản đã áp dụng khung hợp kim nhôm. Ngoài ra, nhiều bộ phận như nắp trên thân xe và hộp số cũng đã được làm bằng nhôm.

Hợp kim nhôm đã được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thiết bị vận chuyển đường sắt ở các quốc gia khác nhau vì trọng lượng nhẹ, khả năng chống ăn mòn và khả năng hình thành tốt, chủ yếu bao gồm thân xe và các bộ phận có nhu cầu nhẹ.

Thân xe hợp kim nhôm

Sự phát triển của công nghệ sản xuất hồ sơ hợp kim nhôm quy mô lớn làm cho nó có thể hiện đại hóa tàu và trọng lượng nhẹ. Đối với phương tiện đường sắt, trọng lượng của cấu trúc cơ thể chiếm khoảng 15% ~ 30% trọng lượng của toàn bộ xe. Do đó, việc giảm trọng lượng của cơ thể có ý nghĩa rất lớn đối với việc tăng tốc độ của xe. Tại Nhật Bản, cấu hình rỗng xốp tường mỏng phức tạp được sản xuất bởi hợp kim 6n01 (tức là hợp kim 6005) với hiệu suất đùn tốt hơn, hiệu suất hàn và hiệu suất ăn mòn căng thẳng đã được phát triển, đã thay thế thành công cấu hình 7N01 và 7003 và được sử dụng rộng rãi trong cấu trúc sàn thân xe, tấm bên và mái nhà. Ở châu Âu và Mỹ, al-mg-si6005a đùn hồ sơ với hiệu suất đùn tốt và quy trình sản xuất đơn giản hóa chủ yếu được sử dụng cho thân xe hợp kim nhôm, giải quyết hiệu quả vấn đề ăn mòn căng thẳng trên tiền đề duy trì sức mạnh. Ngoài ra, các hồ sơ đùn 6061, 6063, 6082 và 6085 cũng dần được phổ biến. Về tấm thân, hợp kim nhôm biến dạng 5083 được sử dụng rộng rãi nhất]. Nghiên cứu về thân xe hợp kim nhôm ở Trung Quốc bắt đầu muộn. Năm 1989, Nhà máy xe buýt Trường Xuân đã phát triển tàu điện ngầm đầu tiên với thân hợp kim nhôm ở Trung Quốc. Thân xe áp dụng cấu trúc dầm tấm, có quy trình phức tạp và chi phí cao và chưa được phổ biến trên quy mô lớn. Năm 1996, Bộ Đường sắt cũ đã tổ chức phát triển thân xe hợp kim nhôm ICE2 và sản xuất thân xe hợp kim nhôm kết cấu hỗn hợp đầu tiên ở Trung Quốc, thúc đẩy sự phát triển kỹ thuật của hồ sơ hợp kim nhôm cho xe của các doanh nghiệp trong nước. Năm 2001, Nhà máy xe buýt Trường Xuân thuộc Tập đoàn CNR đã xây dựng dây chuyền sản xuất tự động thân xe hợp kim nhôm đầu tiên tại Trung Quốc, và phát triển và sản xuất thân xe hợp kim nhôm của EMU (210 km / h), tàu thử nghiệm tốc độ cao (270 km / h) và xe metro với vật liệu trong nước. Nhà máy sản xuất xe lăn CSR Nam Kinh Puzhen, Nhà máy đầu máy điện Chu Châu và nhà máy sản xuất xe lăn CSR Tangshan cũng đã liên tiếp thiết lập dây chuyền sản xuất và bắt đầu sản xuất thân xe hợp kim nhôm. Năm 2007, thân xe hợp kim nhôm 300 km / h EMU (xem Hình 1) được thiết kế và sản xuất độc lập bởi Công ty TNHH đầu máy và xe lăn Thanh Đảo Sifang đã ngoại tuyến thành công. Cho đến nay, R &amp D và công nghệ sản xuất thân xe hợp kim nhôm ở Trung Quốc đã được xếp hạng trong số những người tiên tiến trên thế giới và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị vận chuyển đường sắt như EMU và tàu điện ngầm.

Với việc nâng cấp thiết bị vận chuyển đường sắt, việc giảm trọng lượng của nó không chỉ giới hạn ở thân xe, và nhiều bộ phận làm bằng vật liệu thép truyền thống đã được thay thế bằng hợp kim nhôm cường độ cao mới. Hiện tại, hộp số, hỗ trợ lò xo không khí, thân hộp trục, nắp đầu động cơ và các bộ phận khác của băng ở Đức, Shinkansen ở Nhật Bản và TGV ở Pháp thường được làm bằng hợp kim nhôm cường độ cao. Các đoàn tàu cao tốc "Mũi tên xanh" và "Ngôi sao Trung Quốc" của Trung Quốc được phát triển trong giai đoạn Kế hoạch 5 năm lần thứ chín cũng sử dụng một số lượng lớn tàu hàng không làm bằng vật liệu hợp kim nhôm.

Sàn lõi, khó hiểu bên, nắp đầu động cơ, quạt động cơ, hộp số, v.v. Với sự phát triển liên tục của thiết bị vận chuyển đường sắt theo hướng tốc độ cao và tải nặng, có một nhu cầu cấp thiết cho các thành phần bogie nhẹ như động cơ kéo, bộ bánh xe, tấm truyền động, thân hộp trục và thanh kéo. Hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm rèn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các thành phần này, và hợp kim nhôm rèn có nhiều lợi thế hơn về sức mạnh, độ kéo dài và độ dẻo dai tác động. Các vật liệu được sử dụng cho rèn hợp kim nhôm chủ yếu là hợp kim nhôm 2A14, 6082 và 7050, 2A14

Rèn có độ bền vừa phải sau khi xử lý nhiệt và phù hợp với các bộ phận có tải trọng lớn; Rèn hợp kim nhôm 6082 có hiệu suất hàn tốt và phù hợp với các bộ phận cần được hàn với các bộ phận khác [13]; Rèn hợp kim nhôm 7050 có tính chất cơ học toàn diện tuyệt vời và chống ăn mòn ứng suất, và phù hợp cho các bộ phận tải động. Nhôm Chalco là một hộp trục hợp kim nhôm rèn cường độ cao 7050 được phát triển và sản xuất bởi các doanh nghiệp trong nước, đã được nạp theo lô và áp dụng cho các EMU Macedonia xuất khẩu, EMU séc và các dự án khác. Mảnh hoàn thành của thân hộp trục hợp kim nhôm là khoảng 45 kg, chỉ tương đương với 1/3 của mảnh duy nhất của thân hộp trục thép đúc. Được tính bằng cách lắp đặt hai thân hộp trục cho mỗi bộ bánh xe, một bộ bánh xe duy nhất có thể giảm 170 kg và hiệu quả giảm trọng lượng là đáng kể.

Nhôm Chalco là bản vẽ vật lý của die rèn của thanh xoay động cơ và thanh kéo hộp trục cho bogie được sản xuất bởi các doanh nghiệp trong nước. Chất liệu sản phẩm là 2A14. Thương hiệu hợp kim nhôm này có hiệu suất rèn tốt, hiệu suất vừa phải sau khi xử lý nhiệt và biến dạng gia công nhỏ. Quá trình của mỗi quá trình của cùng một loạt các sản phẩm là tương đối trưởng thành, và bây giờ nó đã được sản xuất và cung cấp ổn định theo lô.

Ngoài ra, hợp kim nhôm cường độ cao 7050 cũng được sử dụng để sản xuất phần quan trọng của thiết bị lái trục rỗng bộ bánh xe - tấm truyền động. Cấu trúc tấm truyền truyền thống là rèn thép lớn với khối lượng 100 kg. Sau khi sử dụng vật liệu hợp kim nhôm, khối lượng chỉ khoảng 35 kg. Là một phần quan trọng của khối lượng unsprung của bogie, giảm trọng lượng của nó đóng một vai trò rõ ràng trong việc cải thiện hiệu suất năng động của toàn bộ chiếc xe.

Tóm lại, theo phân tích ứng dụng hợp kim nhôm trong ngành đường sắt, thiết kế nhẹ của thiết bị vận chuyển đường sắt ở giai đoạn này

Các vật liệu kết cấu kim loại được sử dụng chủ yếu là hợp kim nhôm, được bổ sung bởi hợp kim magiê. Công nghệ liên quan của hợp kim nhôm trong ngành vận tải đường sắt đã tương đối trưởng thành. Trọng tâm nghiên cứu tiếp theo là phát triển hợp kim nhôm cường độ cao mới, giảm chi phí sản xuất hàng loạt hợp kim nhôm và mở rộng phạm vi ứng dụng của hợp kim nhôm.