突破常规!铝合金新工艺的诞生和应用

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  美国太平洋西北国家实验室的研究人员最近验证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棒、管。采用新型固相处理方法,该研究团队缩减了铝合金粉末传统挤压加工过程中的几个步骤,同时显著提高了产品的延展性。这对汽车等行业来说是个好消息,因为高成本限制了粉末制高强度铝合金在制造业中的使用。


  突破常规


  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。然而这些合金对于汽车工业来说太昂贵。典型的铝合金粉末挤出工艺是高耗能和工艺密集型,需要多个步骤来批量生产。首先,必须将松散的粉末装入罐中并抽成真空,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,该团队省略部分步骤,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。“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。他们可以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


  缩减加工步骤和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™方法挤出的铝合金延展性得到显著改善,测量得到的延展性是传统挤出产品的两到三倍,且具有相同的强度。


  为了理解延展性显著增加的原因,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™方法改进了粉末中的第二相—非铝材料的微小强化颗粒。ShAPE™可将颗粒缩小至纳米级尺寸,并将其均匀分布在整个铝基体中,从而提高延展性。


      来源:材料科学与工程 


更新日期:2019-06-25
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