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消除加工步骤和预热需求可以大大缩短生产时间

2019-06-19 09:19:04 来源:

太平洋西北国家实验室的研究人员最近证明了一种先进的制造工艺,可以直接从高性能铝合金粉末生产纳米结构的棒材和管材。

使用一种新的固相处理的方法,研究小组消除了常规的挤出加工过程中,需要几个步骤铝合金粉末,同时还实现在产品延展性显著增加(在断裂之前材料可多远伸展)。

这是扇区好消息,如汽车工业,在那里制造的高成本历来限制了高强度铝合金的合金从粉末制成。

该团队的研究在2019年6月出版的Materialia上发表的论文“由摩擦挤出制成的粉末高延展性铝合金”中有所描述。

走出常规挤压

由粉末制成的高性能铝合金长期以来一直用于轻型部件,用于专业航空航天应用,其成本不是限制因素。然而,这些合金通常对于汽车工业来说太昂贵。

铝合金粉末的典型挤出工艺是能量和工艺密集的,需要多个步骤来批量生产材料。首先,必须将松散的粉末装入罐中并使用真空除去气体,这被称为“脱气”。然后将罐密封,热压,预热,并放入挤压机中。在挤出之后,将罐移除或“滗析”,以显示由固结粉末制成的挤出部件。

在这项研究中,该团队取消了许多这些步骤,使用PNNL的剪切辅助加工和挤出技术或ShAPE直接从粉末中挤出纳米结构铝棒。

铝合金直接从粉末冶金,罐装,脱气,热等静压,脱罐和钢坯预热中挤出

在ShAPE工艺中,将粉末 - 在这种情况下,由Kymera International的分公司SCM Metal Products,Inc。提供的Al-12.4TM铝合金粉末 - 倒入敞口容器中。然后将旋转挤出模头压入粉末中,在粉末和模头之间的界面处产生热量。该材料柔软且易于挤出,无需罐装,脱气,热压,预热和滗析。

“这是第一个使用ShAPE等单步工艺将铝合金粉末合并成纳米结构挤压件的实例,”负责该研究的PNNL材料科学家Scott Whalen说。

他补充说:“消除加工步骤和预热需求可以大大缩短生产时间,降低产品的成本和整体嵌入能量,这对于想要制造乘用车的汽车制造商来说可能是有益的。为消费者提供更实惠,更轻便,更省油的产品。“

除了提供Al-12.4TM粉末外,SCM Metals Products,Inc。还进行了机械测试,以验证所得材料的性能。PNNL和SCM Metal Products,Inc。目前正在合作开展DOE技术转型办公室的项目,以扩大更大直径挤压的工艺。

延展性 - 这是一种拉伸

消除加工步骤和减少加热并不是团队唯一成功的发现。

虽然高性能铝合金历史上表现出优异的强度,但它们通常受到延展性差的阻碍。然而,该团队发现ShAPE生产的挤出的延展性得到显着改善,测量的延展性是传统挤出产品的两到三倍,并且具有相同的强度。

为了理解延展性显着增加的原因,使用透射电子显微镜来评估粉末和挤出材料的微观结构。结果表明,ShAPE方法改进了非铝材料粉末微细强化颗粒的第二相。ShAPE将颗粒减少到纳米级尺寸,并将它们均匀地分布在整个铝基体中,从而提高延展性。

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