ПННЛ и Magna продемонстрировали возможность использования ШАПЭ с вторичным алюминием для автокомпонентов

Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория Министерства энергетики США в течение ряда лет разрабатывает процесс обработки и экструзии со сдвигом (ShAPE) (ранее сообщение), чтобы обеспечить более экономичное и энергоэффективное производство высокопрочных конструкций из металлов и металлических сплавов. , с применением к ряду различных металлов.

Теперь в сотрудничестве с Magna компания PNNL продемонстрировала возможность использования ШАПЭ для производства многоячеистых профилей из вторичного алюминия. В техническом отчете, опубликованном ранее в этом году, инженеры PNNL и Magna отметили следующее:

Автомобильные компоненты, изготовленные из 100% вторичного алюминия, обеспечивают >50% экономии энергии и >90% экономии CO2 в процессе производства по сравнению с традиционной экструзией. Использование вторичного Al в качестве сырья не только экологически безопасно, но и позволяет существенно снизить стоимость комплектующих. Это связано с тем, что можно устранить необходимость разбавления Fe первичным Al, тем самым устраняя энергию, углерод и затраты, связанные с производством первичного алюминия. Кроме того, легкие автомобильные компоненты, изготовленные из алюминиевых сплавов, позволяют снизить вес на 25 % по сравнению с современной высокопрочной сталью. В результате стальные компоненты планируется заменить на Al, где это возможно.

Чтобы улучшить возможность вторичной переработки, это Соглашение о совместных исследованиях и разработках (CRADA) между Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (PNNL) и Magna Services of America (Magna) направлено на разработку ShAPE, чтобы продемонстрировать потенциал переработки промышленного алюминиевого лома непосредственно в автомобильные компоненты небольшого размера. .

Структуры аккумуляторных батарей для электромобилей (EV) обеспечивают одну возможную возможность установки, основанную на равных или улучшенных характеристиках, при меньших затратах по сравнению с традиционными экструзиями. Потенциальное снижение затрат и экологические преимущества использования сырья, состоящего на 100% из вторичного алюминия, хорошо известны. Однако использование вторичного лома без добавления первичного Al не превратилось в промышленный процесс из-за фундаментальных материальных проблем, связанных с интерметаллической дисперсией и однородной микроструктурой. Эти технологические ограничения были преодолены с помощью методов интенсивной пластической деформации (SPD), таких как равноканальное угловое прессование (ECAP). Несмотря на успех с научной точки зрения, ECAP и другие процессы SPD не масштабируются до промышленного уровня. ShAPE сочетает в себе микроструктурные преимущества SPD с масштабируемостью традиционного процесса экструзии, предлагая уникальную технологию переработки вторичного алюминиевого лома непосредственно в автомобильные компоненты, отвечая при этом требованиям отраслевых стандартов.

В процессе ShAPE компании PNNL используется машина для прядения заготовок или кусков объемного металлического сплава, создавая за счет трения ровно столько тепла, чтобы размягчить материал, чтобы его можно было легко экструдировать через матрицу для формирования трубок, стержней и каналов. Степень тепловыделения и глубину зоны деформации контролируют путем регулирования скорости вращения, температуры и скорости поршня.

Одновременные линейные и вращательные силы используют только 10% силы, которая обычно необходима для проталкивания материала через матрицу в традиционных процессах.

Такое значительное снижение мощности позволяет значительно уменьшить производственное оборудование, тем самым снижая капитальные затраты и эксплуатационные расходы. Потребление энергии также низкое. Количество электроэнергии, используемое для изготовления трубки длиной 1 фут и диаметром 2 дюйма, примерно такое же, как и для работы бытовой кухонной духовки всего на 60 секунд.

Чтобы адаптировать ShAPE для использования с вторичным алюминием, инженеры интегрировали конфигурацию матрицы с иллюминатором в процесс вращающегося ShAPE. В статье, опубликованной в журнале Manufacturing Letters, команда сообщает о выдавливании круглых, квадратных, трапециевидных и двухсекционных трапециевидных профилей из промышленного лома алюминиевого сплава 6063.

Микроструктурные характеристики были представлены для трапециевидного профиля со средним размером зерна 6,7 мкм в экструдированном состоянии. У круглых труб предел текучести (246,9 ± 10,4 МПа), предел прочности при растяжении (270,8 ± 9,6 МПа) и равномерное удлинение (16,5 ± 2,4%) превышают отраслевые стандарты.