- Proces ShAPE eliminuje oddzielne etapy homogenizacji i wytłaczania, skracając produkcję
- Oszczędność energii do 50% dzięki jednoczesnemu homogenizowaniu i formowaniu w maszynie
- Badania pokazują lepsze mieszanie pierwiastków i wyższą wytrzymałość stopów aluminium
- Zastosowania w motoryzacji mogą przynieść lżejsze, mocniejsze stopy aluminium
Badacze z Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) opracowali nowy proces, który zmniejsza o połowę ilość energii potrzebnej do produkcji wysokowydajnych stopów aluminium.
Poniżej wyjaśnimy, jak ten proces jest realizowany i jakie korzyści przyniesie w codziennym życiu oraz w przemyśle motoryzacyjnym.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Materials and Design, badacze wyjaśniają, że konwencjonalna produkcja metali wykorzystuje ciepło do stopienia razem poszczególnych metali i pierwiastków stopowych - takich jak aluminium, miedź czy magnez - aby stworzyć stopy bardziej lekkie, wytrzymałe lub łatwiejsze do formowania. Jeśli te elementy nie są dobrze wymieszane, mogą tworzyć się pęknięcia i szczeliny podczas obróbki, co kompromituje właściwości produktu końcowego. W produkcji metali ciepło jest używane do zapewnienia, że poszczególne pierwiastki metaliczne w stopie są dobrze zmieszane w fazie nazywanej homogenizacją.
Podczas homogenizacji, duże kawałki metalu odlewanego, nazywane wlewkami, są podgrzewane do prawie 500 stopni Celsjusza przez okres do 24 godzin. Ten etap obróbki cieplnej rozpuszcza zgrupowania stopu w wlewku, aby zasobić, że wszystkie pierwiastki metalowe są równomiernie lub zhomogenizowane. To poprawia wydajność produktu końcowego. Po homogenizacji pręty metalowe przechodzą kolejną fazę podgrzewania i formowania podczas fazy nazywanej wytłaczaniem.
Większa część energii jest konsumowana podczas procesu homogenizacji. Badacze z PNNL opracowali proces o nazwie ShAPE, aby znacznie zredukować zapotrzebowanie na energię elektryczną, uzyskując wyniki co najmniej tak dobre, jak wcześniej.
Główny badacz zespołu, Scott Whalen, ekspert w dziedzinie materiałów i jeden z założycieli tej technologii, stwierdził, że proces ShAPE eliminuje potrzebę oddzielnych etapów homogenizacji i wytłaczania, zmieniając samą formę metalu, czyniąc cały proces krótszym i bardziej efektywnym.
W maszynie ShAPE kawałek metalu jest równocześnie przepychany przez mały otwór w obrotowej formie. Poprzez procesy ruchu obrotowego i odkształcania, które zachodzą równocześnie, pierwiastki metalowe są bardzo dobrze mieszane podczas wytłaczania.
Innymi słowy, nowy proces homogenizuje kawałek metalu w kilka sekund, bezpośrednio przed wytłoczeniem. To eliminuje konieczność istnienia etapu wstępnego podgrzewania homogenizacyjnego, który trwa cały dzień, a także znaczy, że żadna dodatkowa energia nie jest używana do podgrzewania wlewka podczas wytłaczania. Razem to prowadzi do oszczędności energii sięgających do 50%.
Badacze przeprowadzili testy wydajności, które wykazały, że ich technologia również poprawia sposób, w jaki poszczególne pierwiastki stopowe są mieszane, prowadząc do lepszego produktu końcowego. Szczegółowo, komponenty wytworzone ze stopów aluminium przetworzonych metodą ShAPE przewyższyły obecne standardy American Society for Testing and Materials pod względem wytrzymałości i wydłużenia.
Wydaje się, że ta nowa technologia może przynieść wielkie korzyści w wielu dziedzinach i, jeśli zostanie przyjęta na dużą skalę, aktywnie pomoże znacząco obniżyć końcową cenę aluminium. Co więcej, znacznie zmniejszy zużycie energii elektrycznej w tym sektorze.
źródło zdjęcia:
