福特在2014年开始生产以铝制车身为主的F-150时，这款广受欢迎的卡车瘦了约700磅。这一改变旨在提高汽油行驶里程，节省燃油泵费用。在车顶横梁、横梁、副车架和其他结构部件上使用先进的铝合金可以节省更多的重量。但这并没有发生，因为这些合金价格昂贵，部分原因是传统挤压工艺的制造速度较慢。

然而，这些高科技合金刚刚发布了个人最好的，使用了一种新的挤压方法，极大地提高了它们的制造速度。剪切辅助加工和挤压，或形状，使用显著更少的能源，可以交付产品的速度是传统挤压的10倍以上，在质量上没有牺牲。不仅如此，它还可以提高铝合金的力学性能，称为7075合金。

7075合金的强度重量比比普通乘用车的合金高85%;然而，它的制造成本比常用的“6000系列”合金高出约30%。

帮助太平洋西北国家实验室(PNNL)开发ShAPE的材料科学家斯科特·惠伦(Scott Whalen)表示:“在航空航天应用中，这种价格差异是可以接受的。在航空航天应用中，为了实现更好的燃料效率、提高机动性和降低发射成本，更轻的材料优于更高的成本。”“但在汽车领域，这是我们希望改变的一个限制因素。”

对速度的需求

这种高成本主要是由于合金7075难以挤压成结构部件。事实上，7075被广泛认为是所有商用铝合金中最难挤压的。

传统的7075挤压过程缓慢，需要费力地将固体金属打入模具。缓慢的挤压速度只有每分钟1到2米(3到6英尺)，再加上更高的能量需求，使得7075比6000系列铝合金更贵，6000系列铝合金的挤压速度超过每分钟20米(65英尺)。

ShAPE是一种高效节能的挤压工艺，可以生产出更高质量的产品，最近的一项研究表明，它还可以更快地挤压高强度铝合金。研究结果发表在11月出版的《制造过程》杂志上。

“广泛的测试表明，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，”Whalen说，他是通讯作者。“我们的工艺可以每分钟挤压约12米而没有撕裂或开裂，而传统的挤压限制在每分钟1至2米，我们的工艺甚至提高了一些材料的性能。”

形状可以挤压管，电线和棒材的强度性能，满足重要的工业ASTM标准和ASM典型值。7075合金的伸长率(断裂前的伸长率)比传统挤压的伸长率高50%，这有助于在碰撞过程中吸收能量。专利的ShAPE工艺在传统的线性挤压中增加了旋转运动，并产生足够的热量来加热金属，使其在通过模具时流动和变形，从而形成产品形状。

研究人员表示，在较低温度下挤压的能力是ShAPE能够实现7075合金产量的原因之一，而在传统挤压中，7075合金会撕裂材料。

重塑制造业的能源使用

除了提高速度外，ShAPE工艺还可以消除传统挤压过程中所需要的高能量热处理步骤，为7075合金的挤压节省大约50%的能量。在传统的挤压中，大的金属坯料必须首先在400°C(750°F)以上的温度下进行大约一天的热处理，以均匀地均匀分布不同的元素，如镁和铜。ShAPE能够在不均匀化的情况下挤压钢坯，节省大约5%的ShAPE产品的总成本。

此外，在常规挤压中，在挤压前需要在熔炉中预热以软化坯料。对于ShAPE，不需要预热，因为所有必要的热量都来自过程本身。其他挤压后热处理也被取消或减少，导致整体节能50%。

ShAPE提高了挤压速度，同时降低了能源消耗，从而降低了碳排放，使轻质7075合金对乘用车市场具有成本效益。通过提高内燃机汽车的燃料效率和增加电动汽车每次充电的行驶距离，轻型汽车最终也有助于减少交通部门的碳排放。

点击分享到