新技术塑造了镁汽车零部件的未来

作为所有结构金属中最轻的一种，镁在制造更轻的卡车和汽车方面有着很大的优势，这些卡车和汽车充一次电就能跑得更远。

镁是地球上仅次于铁、硅和氧的第四大常见元素，比钢轻75%，比铝轻33%。但是，尽管镁合金重量轻，自然资源丰富，汽车制造商在汽车结构件中添加镁合金的尝试一直受挫。到目前为止，为了提供所需的强度，需要添加昂贵的稀有元素，如镨、镝和镱。

能源部创造了一个新程序太平洋西北国家实验室，应该会使汽车行业更容易将镁合金整合到结构部件中。通过消除对稀土元素的需求，该技术有可能降低成本，同时提高材料的结构性能。这是一种新颖的挤压方式，金属通过工具挤压形成特定的形状，就像面团通过意大利面机挤压出不同的形状。

最近在《材料科学与工程A》和《镁技术》中描述的初步研究发现，pnnl开发的工艺通过开发传欧洲杯足球竞彩统挤压欧洲杯线上买球技术无法实现的新微观结构，显著提高了镁的能量吸收。它还提高了延展性——金属断裂前拉伸的最大极限。这些改进使镁更易于使用，更有可能用于汽车结构件。根据美国能源部的一份报告，目前，镁元素仅占标准汽车重量的1%左右，即33磅。

如今，由于这两个p，许多汽车制造商在结构部位不再使用镁;价格和性能。目前，制造商在保险杠横梁和压头等部件中选择了低成本的铝。通过我们的工艺，我们已经提高了镁的机械性能，现在可以考虑用它来代替铝，而不需要增加稀土元素的成本。

斯科特•惠伦P首席研究员和机械工程师

一种新的视角

研究人员假设，在挤压过程中，旋转镁合金会产生足够的热量来软化材料，这样它就可以很容易地通过模具制造棒、管和通道。机械摩擦使金属变形所产生的热量提供了整个过程所必需的所有热量，消除了传统挤压机中使用的高能耗电阻加热器。

未来事物的形态

PNNL团队设计并委托了他们的想法的工业版本，并获得了一个独家的、定制的剪切辅助加工和挤压机——这就是ShAPE™的缩写。

利用它，他们有效地挤出了直径达2英寸的薄壁圆管，从镁铝锌合金ZK60A和AZ91，提高了机械性能的过程中。例如，我们独立测量了超过25%的室温延展性，这与标准挤压相比是一个巨大的进步。

在ShAPE™过程中，我们在金属内部获得高度细化的微观结构，在某些情况下，甚至能够形成纳米结构的特征。每分钟的旋转次数越高，晶粒越小，使管材更强，更有韧性或柔韧性。另外，我们可以通过控制金属中晶体结构的取向来提高镁的能量吸收，使其与铝的能量吸收相同。

斯科特•惠伦P首席研究员和机械工程师

推动节约能源

由于ShAPE™机器同时产生的旋转力和线性力，块状镁合金或坯料以非常柔软的状态流过模具。这意味着与传统挤压相比，仅仅需要十分之一的力来推动材料通过模具。

这一重要的减少将使生产机器大大减少，从而减少选择使用该专利申请过程的工业的资本支出和运营成本。这种力量是如此之低，以至于制造一根1英尺长、直径2英寸的管子所需的电量，相当于为家用厨房的烤箱提供60秒的电力。

由于在坯料/模具界面产生的热量是软化镁所必需的唯一工艺热量，因此节省了能量。

我们不需要像工业挤压机那样在镁坯周围安装巨型加热器。我们只是在重要的地方加热——只有摩擦。

斯科特•惠伦P首席研究员和机械工程师

全球汽车零部件供应商Magna-Cosma正与PNNL合作开展这项由美国能源部资助的研究项目，以改进低成本的镁部件，并将在底特律附近的一个生产设施对其进行测试。

PNNL的ShAPE™技术可以获得许可，有助于降低汽车行业的镁含量目标，减少目前重约3360磅的汽车的重量。