Duas formas de material de magnésio que foram processadas em tubos usando uma nova tecnologia de fabricação chamada Processo assistido por cisalhamento e extrusão - ou ShAPE - foram encontradas para ter microestruturas bastante semelhantes e melhoradas, mesmo que tenham começado muito diferentes.

Esta descoberta confirma que a tecnologia ShAPE da PNNL pode extrudar componentes diretamente de peças fundidas de baixo custo e fornecer microestruturas aprimoradas em comparação com os processos de extrusão convencionais. Os resultados podem significar um produto de baixo custo e potencialmente de alto desempenho para o setor automotivo, aeroespacial, e outras indústrias.

Essa pesquisa, conduzido por cientistas de materiais e engenheiros do Pacific Northwest National Laboratory, foi publicado em Ciência e Engenharia de Materiais:A .

É tudo uma questão de processamento

Os fabricantes automotivos estão investigando materiais mais leves para substituir os componentes automotivos mais pesados ​​de alumínio e aço. Uma alternativa - magnésio - tem potencial para economia de peso de 80 por cento em comparação com o aço, e 30 por cento de economia em comparação com o alumínio já leve.

Contudo, As ligas de magnésio representaram apenas 0,5% do peso de um veículo de passeio típico nas últimas duas décadas.

Isso porque o magnésio normalmente precisa ser reforçado com elementos de terras raras para aumentar suas propriedades de absorção de energia. Infelizmente, Os elementos de terras raras são caros - mais de 10 vezes o custo das ligas de magnésio sem os elementos de terras raras.

Para investigar como o processamento de matérias-primas de magnésio contendo elementos de terras não raras - e baratas - impactam o desempenho do produto extrudado, a equipe PNNL transformou dois materiais de matéria-prima em tubos usando a tecnologia ShAPE e, em seguida, realizou análises nos tubos.

Tarugos e Barras

As duas matérias-primas que a equipe processou e analisou foram magnésio ZK60 na forma fundida e na condição T5 "trabalhada a frio".

Os tarugos como fundidos consistem em uma mistura de metais que foram derretidos e, em seguida, solidificados em uma fundição - principalmente magnésio, mas também contendo zinco, zircônio, e quantidades muito pequenas de outros metais. A fundição contém grãos de magnésio e outras fases, com uma variedade de tamanhos.

As barras condicionadas T5 são trabalhadas a frio a partir da fundição, sendo processado por meio de uma extrusora para formar um formato de barra, e depois tratado termicamente. O tamanho de grão resultante, textura, e as partículas de segunda fase diferem significativamente daquelas na forma fundida.

A equipe usou o ShAPE para processar os tarugos fundidos e as barras condicionadas T5 em tubos sob condições de processo semelhantes. O ShAPE usa uma matriz rotativa que é "comprimida" contra um recipiente que contém o material de magnésio, causando aquecimento por atrito na interface do material da matriz. Conforme a temperatura aumenta, o material amolece - mas não derrete - e flui em direção à abertura de extrusão através de ranhuras espirais usinadas na face da matriz para formar tubos.

Os tubos produzidos para este estudo tinham um diâmetro externo de 50,8 mm (2 pol.) E uma espessura de parede de 1,9 mm (0,07 pol.). Eles foram produzidos usando mais de 20 vezes menos a força do aríete em comparação com os métodos de extrusão convencionais.

As análises de ambos os materiais após o processamento ShAPE mostraram que as microestruturas eram virtualmente idênticas, sugerindo que o produto final é independente da forma inicial da liga de magnésio. Essas microestruturas eram indistinguíveis dos tubos ZK60 relatados anteriormente extrudados usando ShAPE, onde o dobro da ductilidade foi alcançado em comparação com o material extrudado convencionalmente. Este resultado emocionante indica que o ShAPE pode ser usado para extrusar produtos diretamente de peças fundidas de baixo custo, em uma única etapa, ao mesmo tempo em que atinge propriedades que excedem as da tubulação extrudada convencionalmente.

"Os resultados indicam que as extrusões de liga de magnésio podem ser fabricadas diretamente a partir de peças fundidas, com microestruturas que são de melhor desempenho do que pode ser alcançado com métodos de extrusão convencionais - e sem o alto custo de elementos de terras raras, "disse o cientista de materiais do PNNL Scott Whalen, quem conduziu o estudo. "Ir diretamente das fundições pode reduzir, ou mesmo eliminar, a necessidade de processos de tratamento térmico de uso intensivo de energia necessários antes de realizar a extrusão convencional. "

O ShAPE é parte do conjunto crescente de recursos do PNNL em Processamento de Fase Sólida - ou SPP, uma abordagem disruptiva para a fabricação de metais que pode ser melhor, mais barato, e mais ecológicos do que os métodos baseados em fusão tipicamente associados à fabricação de metais.