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2019車身新材料新工藝

新型鋁合金制造工藝問世 一步成形并提高延展性

2019-6-28 16:34 77 0
簡介
【汽車輕量化在線】美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)的研究人員展示先進的制造工藝,利用高性能鋁合金粉,直接一步制成納米結構鋁棒和管。研究小組采用全新固相加工方法,減去傳統鋁合金粉末擠壓加工的若干步驟,同 ...
【汽車輕量化在線】美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)的研究人員展示先進的制造工藝,利用高性能鋁合金粉,直接一步制成納米結構鋁棒和管。研究小組采用全新固相加工方法,減去傳統鋁合金粉末擠壓加工的若干步驟,同時顯著提高產品的延展性,即材料斷裂前的拉伸距離。這對汽車等行業來說是個好消息。長期以來,航空航天領域一直利用由粉末制成的高性能鋁合金,制造輕量級部件。然而,對于汽車工業來說,使用這些合金的成本過高。
  
  傳統鋁合金粉末擠壓工藝耗能高、工序復雜,需要多個步驟才能批量生產材料。首先,必須把松散的粉末裝進罐里,然后真空抽氣,這叫做“脫氣”。接著密封罐體,熱壓,預加熱,放入擠壓機。擠出后,移除罐體或“倒空”,露出由固結粉末構成的擠出部分。在這項研究中,研究小組去除很多步驟,使用剪切輔助加工和擠壓技術(簡稱ShAPE),只需一步,便可直接從粉末中擠出納米結構鋁棒。將粉末倒入開放容器中,然后將旋轉的擠壓模具壓入粉末中,在粉末與模具的交界面產生熱量。該材料軟化后易于擠出,不需要罐裝、脫氣、熱壓、預熱和除罐。本例中的Al-12.4TM鋁合金粉末,由凱美拉國際材料公司的分公司SCM金屬制品公司提供。
  
  PNNL材料科學家Scott Whalen領導這項研究。他說:“這是首次公開發表的此類實例,使用ShAPE之類單步工藝,將鋁合金粉末固化成納米結構擠壓件。減少加工步驟和加熱過程,將大大減少生產時間,同時降低成本和產品內部吸收的能量,可以幫助汽車制造商,生產更便宜、更輕、更省油的乘用車。”
  
  除了提供Al-12.4TM粉末,SCM金屬制品公司還進行機械測試,驗證擠出材料的性能。目前,PNNL和SCM金屬制品公司正在與美國能源部的技術轉型辦公室合作開發項目,以擴大加工規模,實現更大直徑擠壓。
  
  傳統高性能鋁合金通常強度高,但延展性差。然而,研究小組發現,采用ShAPE技術擠出的鋁合金,延展性明顯得到改善,是常規擠壓產品的二至三倍,而且強度相當。為了解其中原因,研究人員采用透射電子顯微鏡,觀察粉末和擠出材料的微觀結構。結果表明,ShAPE技術能夠細化非鋁材料的微小強化顆粒,使其尺寸縮減至納米級,并均勻分布在鋁基體上,從而提高延展性。
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