2014年,福特公司首次使用铝来制造f150卡车。结果,卡车的重量减少了700磅,不仅是重量受到了影响;卡车的行驶里程提高了。这个想法是在屋顶轨道、横梁、子框架和其他结构部件上使用相同的金属。但这种情况并没有发生,因为这些合金很贵。此外,制造速度也是阻碍其广泛使用的原因之一。
现在,剪切辅助加工和挤压,或形状,已经成为游戏规则的改变者。这种方法成本更低,提高了生产速度和质量。它被称为7075合金。大约比常用的“6000系列”合金贵30%。7075合金的强度重量比通常用于车辆的合金高85%。
太平洋西北国家实验室(PNNL)帮助开发ShAPE的材料科学家斯科特·惠伦(Scott Whalen)说:“这种价格差异在航空航天应用中是可以接受的,在航空航天应用中,重量更轻的材料胜过更高的成本,以实现更好的燃油效率、更好的机动性和更低的发射成本。”“但在汽车领域,这是我们希望改变的一个限制因素。”
ShAPE的方法不同。它是节能的,有一个非常高的质量。最重要的优点是它可以在很短的时间内做到这一点。
“大量的测试表明,PNNL的工艺可以将这种合金的挤压速度提高大约10倍,使用大约一半的能量,”通讯作者Whalen说。“我们的工艺可以每分钟挤出约12米,没有撕裂或开裂,而传统的挤出只能每分钟挤出1到2米,我们的工艺甚至可以增强一些材料的性能。”
ShAPE具有挤压管材,线材和棒材的潜力,其强度性能符合必要的工业ASTM标准和ASM典型值。秘密是,形状的过程在旋转运动,而不是传统的线性运动。这导致它变形,因为它被推过一个模具,以创造产品形状。在较低温度下加工和挤压的能力是原因之一,ShAPE能够以更快的速度生产合金。
此外,ShAPE方法可以省去常规挤压中的高耗能热处理阶段,节省7075合金挤压所需能量的50%。巨大的金属坯必须在超过400°C(750°F)的温度下热处理一天,使用常规挤压使合金中的不同成分,如镁和铜均质。ShAPE可以在不均质的情况下挤出坯料,使ShAPE挤出件的总成本降低5%。
ShAPE更快的挤压速度、更低的能源消耗和碳排放可能会使轻量化7075合金在乘用车上更具成本效益。此外,更轻的汽车通过提高内燃机的燃油经济性和电动汽车每次充电的行驶距离,有助于最大限度地减少交通行业的碳排放。