PNNL的ShaAPE技术可实现铝合金7075的高速挤压增强材料性能

在《制造过程杂志》上发表的一篇论文中，太平洋西北国家实验室 (PNNL) 的研究人员报告说，他们的新型剪切辅助加工和挤压 (ShAPE)技术可以以高达 12.2 m/的速度挤压铝合金 7075 管材。而不会出现表面撕裂。这是7075高速挤压的第一个实验证据，它改进了以2.0米/分钟为极限的传统挤压技术。

尽管汽车制造商一直在增加在大批量车型中使用铝以减轻车辆重量——特别是福特，它于 2014 年开始制造主要采用铝制车身的 F-150——但通过使用更先进的铝合金制造部件可以减轻更多重量例如车顶纵梁、横梁、副车架和其他结构件。然而，这些合金价格昂贵，部分原因是它们使用传统挤压制造速度慢。

铝合金 7075 的强度重量比比典型乘用车中的合金高 85%；然而，与常用的 6000 系列合金相比，制造成本高出约 30%。

这种高成本主要是因为 7075 合金很难挤出成结构部件。7075 被广泛认为是所有商用铝合金中最难挤压的。每分钟仅 1 到 2 米的缓慢挤压速度，加上更高的能量要求，使 7075 比以每分钟 20 米（65 英尺）以上的速度挤压的 6000 系列合金贵。

PNNL 的 ShaAPE 工艺使用机器旋转坯料或大块金属合金，通过摩擦产生足够的热量来软化材料，因此它可以很容易地通过模具挤出以形成管、棒和通道。同时线性和旋转力仅使用传统工艺中推动材料通过模具所需的力的 10%。

这种力的显着减少使得生产机械的尺寸大大减少，从而降低了资本支出和运营成本。能源消耗同样低。用于制造 1 英尺长、直径为 2 英寸的管道所用的电量与运行家用厨房烤箱仅 60 秒所需的电量大致相同。

该过程产生的材料的微观结构晶粒比挤压前的材料晶粒细得多。这些更细小的晶粒及其取向在整个产品中通常是均匀的，从而提供更大的强度和延展性。例如，独立测量的室温延展性超过 25%，与典型的挤压件相比，这是一个很大的改进。初步研究表明，该过程也大大提高了金属的能量吸收。

ShaAPE 可以挤出强度特性符合重要工业 ASTM 标准和 ASM 典型值的管材、线材和棒材。7075 合金的伸长率比传统挤压的伸长率高 50%，这有助于在碰撞过程中吸收能量。

除了提高速度之外，ShaAPE 工艺还可以消除传统挤压中所需的能源密集型热处理步骤，节省了 7075 合金挤压所需能量的约 50%。

使用传统挤压工艺时，大型金属坯料必须首先在超过 400 °C (750 °F) 的温度下热处理大约一天，以使镁和铜等不同元素均匀分布在整个合金中。ShaAPE 能够在不均质的情况下挤出坯料，估计可在ShaAPE挤出产品的总成本上节省5%。

此外，在常规挤压中，需要在炉中预热以在挤压前软化坯料。使用 ShAPE，不需要预热，因为所有必要的热量都来自过程本身。其他挤出后热处理也被取消或减少，从而整体节能 50%。获取更多前沿科技 研究进展 访问：https://byteclicks.com

ShAPE 提高了挤压速度，同时减少了能源消耗，从而降低了碳排放，使轻质 7075 合金在乘用车市场上具有成本效益。通过提高内燃机驱动汽车的燃油效率和延长电动汽车每次充电的行驶距离，更轻的车辆最终也有助于减少运输部门的碳排放。