Magnesium tager FORM

To former for magnesiummateriale, der blev forarbejdet til rør ved hjælp af en ny fremstillingsteknologi kaldet Shear Assisted Process and Extrusion - eller Shape - viste sig at have ret ens og forbedrede mikrostrukturer, selvom de begyndte vidt forskelligt.

Denne konstatering bekræfter, at PNNLs ShAPE-teknologi kan ekstrudere komponenter direkte fra billige støbegods og levere forbedrede mikrostrukturer sammenlignet med konventionelle ekstruderingsprocesser. Resultaterne kan betyde lavere omkostninger og potentielt mere ydende produkt til bilindustrien, rumfart, og andre industrier.

Denne forskning, udført af materialeforskere og ingeniører fra Pacific Northwest National Laboratory, blev offentliggjort i Materialevidenskab og -teknik:A .

Det handler om behandlingen

Bilproducenter undersøger letvægtsmaterialer for at erstatte tungere bilkomponenter i aluminium og stål. Et alternativ - magnesium - har potentiale til 80 procent vægtbesparelse i forhold til stål, og 30 procent besparelse i modsætning til det i forvejen lette aluminium.

Imidlertid, magnesiumlegeringer har kun tegnet sig for 0,5 procent af en typisk personbils vægt i løbet af de sidste to årtier.

Det er fordi magnesium typisk skal forstærkes med sjældne jordarters elementer for at styrke dets energiabsorberende egenskaber. Desværre, sjældne jordarters grundstoffer er dyre - mere end 10 gange prisen for magnesiumlegeringer uden sjældne jordarters grundstoffer.

For at undersøge, hvordan forarbejdning af ikke-sjældne jordartselementer, der indeholder - og billige - magnesiumråvarer, påvirker ekstruderet produktydelse, PNNL-teamet forvandlede to råmaterialer til rør ved hjælp af ShAPE-teknologien og udførte derefter analyser på rørene.

Billets og barer

De to råmaterialer, som holdet behandlede og analyserede, var ZK60 magnesium i støbt form og i "koldbearbejdet" T5-tilstand.

Støbte emner består af en blanding af metaller, der blev smeltet og derefter størknet i en støbning - primært magnesium, men også indeholdende zink, zirkonium, og meget små mængder af andre metaller. Støbningen indeholder korn af magnesium og andre faser, med en række størrelser.

T5-konditionerede stænger koldbearbejdes fra støbningen, behandles gennem en ekstruder for at danne en stangform, og derefter varmebehandlet. Den resulterende kornstørrelse, struktur, og andenfasepartikler adskiller sig væsentligt fra dem i den støbte form.

Holdet brugte ShAPE til at behandle de støbte barrer og T5-konditionerede stænger til rør under lignende procesforhold. Shape bruger en roterende matrice, der er "rammet" mod en beholder, der holder magnesiummaterialet, forårsager friktionsopvarmning ved matrice-materiale-grænsefladen. Når temperaturen stiger, materialet blødgør - men smelter ikke - og strømmer mod ekstruderingsåbningen gennem spiralriller, der er bearbejdet ind i matricens overflade for at danne rør.

Rørene fremstillet til denne undersøgelse havde en ydre diameter på 50,8 mm (2 in.) og en vægtykkelse på 1,9 mm (0,07 in.). De blev fremstillet ved at bruge mere end 20 gange mindre stødkraften sammenlignet med konventionelle ekstruderingsmetoder.

Analyser af begge materialer efter ShAPE -behandling viste, at mikrostrukturerne var praktisk talt identiske, hvilket tyder på, at slutproduktet er uafhængigt af udgangsformen af ​​magnesiumlegeringen. Disse mikrostrukturer kunne ikke skelnes fra tidligere rapporterede ZK60 -rør ekstruderet ved hjælp af SHAPE, hvor dobbelt duktilitet blev opnået sammenlignet med konventionelt ekstruderet materiale. Dette spændende resultat indikerer, at ShAPE kan bruges til at ekstrudere produkter direkte fra billige støbegods, i et enkelt trin, mens de stadig opnår egenskaber, der overstiger egenskaberne for konventionelt ekstruderet rør.

"Resultaterne indikerer, at magnesiumlegeringsekstruderinger kan fremstilles direkte fra støbegods, med mikrostrukturer, der er højere præstationer, end der kan opnås med konventionelle ekstruderingsmetoder - og uden de høje omkostninger ved sjældne jordartselementer, " sagde PNNL-materialeforsker Scott Whalen, der ledede undersøgelsen. "At gå direkte fra støbninger kan reducere, eller endda fjerne, behovet for energikrævende varmebehandlingsprocesser, der kræves forud for udførelse af konventionel ekstrudering."

ShAPE er en del af PNNLs voksende række af muligheder inden for Solid Phase Processing-eller SPP, en forstyrrende tilgang til metalfremstilling, der kan være bedre, billigere, og grønnere end smeltebaserede metoder, der typisk er forbundet med fremstilling af metaller.