專利名稱：提供塑性區(qū)擠出的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提供塑性區(qū)擠出的方法，一種擠出材料的系統(tǒng)，以及一種用于提供摩擦攪拌的方法。
背景技術(shù)：
擠出是一種用于制備具有固定橫截面輪廓物體的方法。將材料通過具有所需橫截面的模頭推動或牽引。因為材料僅受到壓縮和剪切應(yīng)力，所以擠出提供了制備具有復(fù)雜橫截面的物體的能力。

發(fā)明內(nèi)容
提供此發(fā)明內(nèi)容以簡化的形式介紹概念的選擇，以下在具體實施方式
中對所述概念進(jìn)行進(jìn)一步的描述。此發(fā)明內(nèi)容不意在確定所主張權(quán)利的主題的關(guān)鍵特征和必要特征。 此發(fā)明內(nèi)容也不意在用于限制所主張權(quán)利的主題的范圍。可以提供塑性區(qū)擠出。首先，可以將原料放置到室中。然后，在該室中可以在原料內(nèi)產(chǎn)生摩擦熱，以將原料加熱至該原料的塑性區(qū)。然后，在原料處于塑性區(qū)之后，可以將該原料通過室中的孔口擠出。上述一般性描述和以下具體實施方式
都提供了實例，并且僅是示例性的。因此，上述一般性描述和下列具體實施方式
不應(yīng)當(dāng)被視為是限制性的。此外，可以提供除了本文中所陳述的那些特征或變化以外的特征或變化。例如，實施方案可以涉及具體實施方式
中描述的各種特征組合以及次要組合。


結(jié)合在本公開內(nèi)容中并且構(gòu)成本公開內(nèi)容一部分的附圖示例了本發(fā)明的多個實施方案。在圖中圖1顯示擠出系統(tǒng)；圖2顯示摩擦擠出系統(tǒng)；圖3顯示由機(jī)械加工碎屑制成的線材；圖4顯示在鋁沈18合金基體中的分散的不連續(xù)SiC顆粒；圖5顯示摩擦攪拌工藝；圖6顯示FSP區(qū)的橫截面視圖；圖7顯示納米Al2O3粒子通過FSP在純Al基體中的均勻分散；
圖8顯示在從可再循環(huán)廢料制造相對于本發(fā)明實施方案可比較的最終產(chǎn)品過程中包括的各階段，以及包括熔融、鑄造和輥軋/擠出的當(dāng)前技術(shù)；圖9顯示經(jīng)由與本發(fā)明實施方案一致的擠出工藝制造的最終產(chǎn)品的實例；和圖10顯示用于制造一百萬公噸產(chǎn)品的能量損耗。
具體實施例方式下列具體實施方式
引用附圖?？赡軙r，在圖和下列說明中使用相同的參考數(shù)字以指代相同或類似的元件。雖然可能描述了本發(fā)明的實施方案，但是修改、調(diào)配和其它實施方式也是可能的。例如，可以對圖中示例的要素進(jìn)行替換、附加或修改，并且可以通過對所公開的方法進(jìn)行替換、重排序或增加階段而對本文中描述的方法進(jìn)行修改。因此，下列具體實施方式
不限制本發(fā)明。對于美國國內(nèi)金屬生產(chǎn)者(鋼、Al合金、Ti合金，例如)而言，出于多種原因，再循環(huán)刮削材料具有突出的重要性。首先，對于涉及處理作為工業(yè)廢物的刮削金屬的環(huán)境問題存在巨大的關(guān)注。與在工業(yè)化的這些年中產(chǎn)生的刮削金屬的豐富和持續(xù)積累相對照地， 還存在國內(nèi)天然礦物資源減少的問題。首要的驅(qū)動力可能在經(jīng)濟(jì)方面。再循環(huán)可能比從礦石制造更廉價、更迅速并且更能量有效。此外，用于再循環(huán)的資本設(shè)備成本可以是低的。 例如，再循環(huán)鋁可能僅需要約10%的用于從礦石制造這些鋁的資本設(shè)備成本。與基于大型 BOF的綜合性工廠相比，還可以更廉價地建設(shè)主要使用廢料作為原料的具有EAF爐的小型鋼鐵廠。美國能源部工業(yè)技術(shù)計劃(U.S. Department of Energy，s Industrial Technology Program) (ITP)在多數(shù)能源密集型工業(yè)部門中進(jìn)行了一系列的研究來調(diào)查能量消耗。對于鋼鐵工業(yè)和鋁工業(yè)兩者-美國兩個最大的金屬制造工業(yè)-將廢料轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品已經(jīng)成為主要的生產(chǎn)來源。自二十世紀(jì)60年代以來，從噸位和總生產(chǎn)百分率兩方面來講，再循環(huán)鋁廢料已經(jīng)在美國穩(wěn)步發(fā)展。在2000年，美國生產(chǎn)的鋁金屬的接近一半)來自于再循環(huán)的材料。類似的趨勢也存在于煉鋼中。鋼已經(jīng)成為最多的再循環(huán)材料，現(xiàn)在美國鋼的三分之二由廢料生產(chǎn)。每年超過千萬輛汽車被粉碎并且來自于這些汽車的粉碎廢料被返還到熔煉車間。在金屬再循環(huán)中熔融原料可能是主要的能量效率障礙。通常，熔融和熔融工藝操作可能具有所有后熔煉工藝中最大的能量密度?？梢允褂脽崮軐U料從環(huán)境溫度加熱至恰好高于熔點。熱能中相當(dāng)大的部分可能消耗于克服與熔融相關(guān)的熔化潛熱。當(dāng)今熔融工藝的熱效率可能還是低的。對于鋼，在使用100%廢料填裝情況下的EAF煉鋼的最佳實際能量耗用(energy usage)為約6. 7MBtu/噸鑄件，是理論最小能量的大約5倍。對于鋁，比率為 2. 50kffh/kg至0. 33kffh/kg-實際耗用為理論最小值的大約7. 6倍。廢料材料的再循環(huán)已經(jīng)成為主要來源并且在美國工業(yè)金屬的進(jìn)一步生產(chǎn)和制造中甚至將起到更重要的作用。在美國，向再循環(huán)占主導(dǎo)的金屬制造市場的轉(zhuǎn)移體現(xiàn)出原料的根本變化。這種轉(zhuǎn)移也體現(xiàn)出對于重新思考應(yīng)當(dāng)如何以甚至更大的能量效率、環(huán)境效益和產(chǎn)品質(zhì)量從再循環(huán)品生產(chǎn)金屬的機(jī)遇之窗(window-of-opportunity)。圖1顯示了與本發(fā)明用于提供塑性區(qū)擠出的實施方案相一致的塑性區(qū)擠出系統(tǒng)100。如圖1中所示，塑性區(qū)擠出系統(tǒng)100可以包括入口 105、柱塞110和孔口 115。與本發(fā)明的實施方案相一致的是，可以將原料放置到入口 105中。一旦塑性區(qū)擠出系統(tǒng)100接收了原料，柱塞110就可以壓縮原料并且迫使(例如，擠出)原料以線材的形式通過孔口 115。 例如，柱塞110可以轉(zhuǎn)動原料從而產(chǎn)生摩擦熱。產(chǎn)生的摩擦熱可以將原料加熱至該原料的 “塑性區(qū)”。塑性區(qū)可以包括固態(tài)，其中原料是可延展的，但是沒有熱到足以處于液體或熔融狀態(tài)。換言之，塑性區(qū)擠出系統(tǒng)100可以包括旋轉(zhuǎn)模頭，配置所述旋轉(zhuǎn)模頭以通過使原料在塑性區(qū)擠出系統(tǒng)100內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生熱。一旦產(chǎn)生的熱使原料處于該原料的塑性區(qū)，就可以將該原料從孔口 115擠出。所述過程可以通過連續(xù)地將原料加入到入口 105中并且連續(xù)地從孔口 115擠出線材來連續(xù)地重復(fù)，以構(gòu)成具有任何長度的線材。原料可以包含任何可以通過塑性區(qū)擠出系統(tǒng)100置于原料的塑性區(qū)的材料。例如，原料可以包含鋁、銅或組合。例如，原料包含包括削片或切屑。切屑可以包含金屬削片或碎屑，例如，在金屬加工操作中產(chǎn)生的碎片或廢物。例如，由于有關(guān)液體如切削液或雜質(zhì)油(tramp oil)所導(dǎo)致的潛在污染的環(huán)境問題，可以將切屑再循環(huán)?？梢允褂秒x心機(jī)將這些液體與金屬分離，從而使兩者同時再生并且為進(jìn)一步的處理做準(zhǔn)備。此外，與本發(fā)明的實施方案一致的是，原料可以包含一種金屬，多種任何金屬，或者一種或多種金屬與一種或多種其它非金屬物質(zhì)的組合。例如，原料可以同時包括銅和鋁。 在傳統(tǒng)系統(tǒng)的情況下，可能對于能夠與熔融鋁均勻混合的熔融銅的量有限制。與本發(fā)明的實施方案一致的是，原料可以包括處于任何百分比的銅和鋁。因而，可以在使鋁的強(qiáng)度和輕重量與銅的傳導(dǎo)性平衡的情況下制造線材。換言之，可以將銅添加到鋁原料中以提高原料的傳導(dǎo)性。原料還可以包含任何回收的或可回收的物質(zhì)如破碎的鋁罐。在傳統(tǒng)系統(tǒng)的情況下，回收的材料如鋁罐必須通過“脫漆(de-lacquering) ”過程以從再循環(huán)的材料移除物質(zhì)。 與本發(fā)明的實施方案一致的是，可以使用未脫漆的破碎鋁罐制造線材，從而避免與脫漆有關(guān)的花費。雖然這樣的線材可能不具有與經(jīng)過脫漆的原料同樣高的傳導(dǎo)性，但是這種線材可以用于其中這不成為問題的情況(例如，圍欄鐵絲(fence wire))。此外，與本發(fā)明的實施方案一致的是，可以將納米粒子添加到原料中。例如，可以將氧化鋁的納米粒子添加到鋁原料中，以提高用該原料制成的線材的強(qiáng)度和傳導(dǎo)性。盡管如此，添加的納米粒子可以增加由原料與添加的納米粒子制成的線材的強(qiáng)度、傳導(dǎo)性、熱膨脹或任何物理或化學(xué)性質(zhì)。在傳統(tǒng)系統(tǒng)的情況下，因為必須將用于制造線材的材料至少加熱至其熔融，因此任何添加到傳統(tǒng)系統(tǒng)中的納米粒子可能在熔融金屬的溫度不穩(wěn)定(例如，可能喪失它們所需的性質(zhì))?？梢蕴峁┮环N高度能量有效的固態(tài)材料合成方法-直接固態(tài)金屬轉(zhuǎn)化(DSSMC)技術(shù)。具體地，可以提供納米粒子彌散強(qiáng)化的塊狀材料。可以通過機(jī)械合金化和熱機(jī)械加工以一步提供來自粉末、碎屑或其它可再循環(huán)原料金屬或廢料的納米復(fù)合材料。也可以提供制備具有唯一功能性質(zhì)(例如熱和電)的納米工程(nano-engineered)塊狀材料。納米工程線材可以用于長距離的電力輸出設(shè)施。本發(fā)明的實施方案可以包括DSSMC系統(tǒng)和方法。這些系統(tǒng)和方法可以取消在廢料至金屬轉(zhuǎn)化/再循環(huán)過程中對于熔融(最大能量密集步驟)的需要，從而減少了能量消耗以及金屬制造的成本。此外，由于可以避免熔融和固化，所以本發(fā)明的實施方案可以通過使用例如機(jī)械合金化和加工而開啟了對于生產(chǎn)新類型材料如納米工程結(jié)構(gòu)和功能材料的新路徑。本發(fā)明的實施方案可以利用金屬再循環(huán)的摩擦擠出和納米粒子強(qiáng)化表面的摩擦攪拌加工。摩擦擠出摩擦擠出可以是直接的固態(tài)金屬轉(zhuǎn)化過程。摩擦擠出顯示在圖2中?？梢詫⑻畛溆星行?10(例如，機(jī)械加工碎屑或金屬粉末)的旋轉(zhuǎn)室205在軸向負(fù)載215之下時施加到柱塞220上并擠出。位于柱塞220和切屑210之間的可以是易熔塞M0。另外，柱塞220可以包括孔口或模頭對5。相對運動和在軸向擠出流中的最初限制所導(dǎo)致的摩擦熱和壓力允許在不需要外部熱源的情況下形成增塑層225。在此層中的高應(yīng)變率塑性變形產(chǎn)生大量的熱，其將材料軟化以用于混合和固結(jié)。相對定位的熱影響轉(zhuǎn)變區(qū)230可以將增塑層與壓縮的切屑210分開，所述壓縮的切削210可以保持停留在室205內(nèi)。在連續(xù)產(chǎn)生增塑層225和逐步消耗切屑210的情況下，固體棒材235可以流體靜力地通過模頭245擠出。從能量消耗的觀點來看，因為可以將大量的溫度升高限制在薄的增塑層225，所以損失到環(huán)境中的熱損失與加熱爐的熱損失相比可以顯著更低。如圖3中所示，直徑超過3mm且為幾米長的固體Al-Mg合金線材305可以從例如機(jī)械加工碎屑310制備?？梢垣@得良好的機(jī)械性質(zhì)和大于99. 8%的致密度(densification)(如通過密度測量)。180°的簡單手動彎曲試驗和拉伸試驗可以證明所完成棒材的完整性。拉伸試驗可以達(dá)到130MPa。與本發(fā)明的實施方案一致的是，延性熱機(jī)械變形(extensive thermo-mechanicaldeformation)可以制備機(jī)械合金化材料。鋁粉末沈18和40%微米尺寸的碳化硅可以用作原料。與本發(fā)明的實施方案一致的是，大部分加工的材料可以制成合理的外觀，因而可以實現(xiàn)原材料的至少部分固結(jié)和轉(zhuǎn)化。圖4顯示在試驗中制成的金屬基體復(fù)合材料棒條的縱向截面。分散的不連續(xù)SiC顆?？梢跃鶆虻胤植荚阡X沈18合金基體中。與本發(fā)明的實施方案一致的是，來自摩擦擠出的產(chǎn)品可以是圓形的線材/棒條。然而，其它形式或形狀的產(chǎn)品可以通過使用不同的模頭和柱塞設(shè)計制備。并且，即使例如通過對產(chǎn)自多個摩擦擠出臺(stations)的坯料進(jìn)行另外的熱擠出/成形/輥軋，而將與本發(fā)明實施方案一致的工藝按比例放大，也可以不存在限制最終產(chǎn)品尺寸的障礙。摩擦攪拌加工與本發(fā)明實施方案一致的是，摩擦攪拌加工(FSP)可以將納米尺寸粒子結(jié)合到Al基體中，以形成機(jī)械合金化的硬且堅固的納米復(fù)合材料表面層。FSP可以包括摩擦攪拌焊接的變體。在FSP(例如，圖幻中，可以使旋轉(zhuǎn)工具505推壓接受加工的工件510，使得旋轉(zhuǎn)工具505的銷釘515埋置到工件510中，并且工具肩部525與工件的表面520完全接觸。在加工過程中，在工具肩部525下的工件材料的柱體中的溫度可能顯著升高，但是低于該材料的熔點，這主要歸因于旋轉(zhuǎn)工具505和工件510的界面的摩擦生熱和高應(yīng)變率變形。溫度的升高可以軟化材料并且允許旋轉(zhuǎn)工具505朝向銷釘515的背面機(jī)械攪拌軟化的材料，以用于固結(jié)和結(jié)合合金化。在其它熱機(jī)械變形過程中不容易獲得的FSP的高應(yīng)變率和延性材料流動/變形，可以導(dǎo)致具有獨特或顯著改善性質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。與本發(fā)明的實施方案一致的是，可以將多達(dá)20%體積分?jǐn)?shù)的納米尺寸Al2O3粒子均勻分散并且與Al基體機(jī)械合金化，以形成強(qiáng)度大大增加的納米復(fù)合材料。Al-Al2O3納米
7復(fù)合材料可以具有比基本(baseline)比較金屬的壓縮強(qiáng)度高一個數(shù)量級的壓縮強(qiáng)度。耐磨性可以高幾個數(shù)量級。圖6顯示摩擦攪拌加工的Al-Al2O3納米復(fù)合材料表面層的橫截面，以及作為結(jié)果的均勻分布的納米氧化物粒子。FSP可以具有不意欲塊狀納米材料制備的表面改良技術(shù)。與本發(fā)明的實施方案一致的是，通過延性熱機(jī)械變形和通過摩擦攪拌作用的混合，可以將高體積分?jǐn)?shù)的納米粒子均勻地結(jié)合到塊狀的金屬基體中。圖7顯示納米Al2O3粒子通過FSP在純Al基體中的均勻分散。在圖7中的初始氧化物粒子尺寸為約50nm。本發(fā)明的實施方案可以提供直接的固態(tài)金屬轉(zhuǎn)化方法，所述方法包括(1)具有大大改善能量效率的金屬再循環(huán)；和( 納米工程塊狀材料的合成，所述納米工程塊狀材料具有提高的機(jī)械強(qiáng)度和其它獨特功能性質(zhì)。符合本發(fā)明實施方案的DSSMC可以提供高的能量效率，包括與包括金屬熔融的傳統(tǒng)金屬轉(zhuǎn)化/合成方法相比，在DSSMC中超過80%的能量減少。在生產(chǎn)中實際能量節(jié)約可能甚至更高，原因在于，例如，機(jī)械系統(tǒng)的能量效率優(yōu)于熱/熔融系統(tǒng)。由于再循環(huán)廢料以及低的能量消耗，DSSMC可以是環(huán)境友好的。由于可以取消熔融和固化，所以DSSMC可以適于依賴機(jī)械合金化原理的高性能結(jié)構(gòu)材料和功能材料的合成。DSSMC可以制備用于運輸系統(tǒng)的輕重量金屬基體復(fù)合材料、用于電學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施的納米工程(納米復(fù)合材料和/或納米晶體)塊狀材料、以及用于核能系統(tǒng)的氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)合金。其還可以用于低成本Ti加工中，以及Ti基復(fù)合材料如TiAl金屬互化物和/或SiC加強(qiáng)Ti合金。DSSMC可以是連續(xù)的過程，與粉末冶金(PM) +熱等靜壓(HIP)和其它機(jī)械合金化或納米材料合成方法相比，其可以容易得多地按比例放大以用于塊狀納米工程材料的大量生產(chǎn)?！?DSSMC可以不限于線材或棒材。在使用適當(dāng)?shù)哪ｎ^設(shè)計和相關(guān)工藝條件的情況下，可以制備其它形狀。· DSSMC可以用作具有低得多的能量消耗、操作成本和設(shè)備成本的金屬再循環(huán)方法?！?DSSMC作為塊狀納米材料合成技術(shù)的關(guān)聯(lián)性和重要性在下面進(jìn)一步論述。與本發(fā)明實施方案一致的是，用納米尺寸的氧化物和其它陶瓷顆粒分散體強(qiáng)化的工程材料可以具有一些獨特的性質(zhì)。對于相同的體積分?jǐn)?shù)，納米尺寸粒子可以在強(qiáng)化材料方面比微米尺寸的粒子有效得多，原因在于減小的粒子間距和Orowan硬化效應(yīng)。因為氧化物和陶瓷粒子可以是熱穩(wěn)定的并且不溶于基體中，所以彌散強(qiáng)化材料在高達(dá)接近基體熔點的溫度也可以保持它們的強(qiáng)度。此外，彌散強(qiáng)化可能不具有沉淀強(qiáng)化的相同限制，所述沉淀強(qiáng)化需要溶質(zhì)原子在高溫的高溶解性以及特定的納米相形成熱力學(xué)和動力學(xué)。因此，彌散強(qiáng)化可以減少合金設(shè)計中的組成限制-金屬再循環(huán)中的一個重要方面，因為其可以放松對于金屬分選的要求。彌散強(qiáng)化材料可以通過可能涉及HIP以及多步熱軋和退火的機(jī)械合金化粉末冶金路線少量生產(chǎn)。實例可以包括為下一代核反應(yīng)堆和超高溫鍋爐應(yīng)用設(shè)計的氧化物彌散強(qiáng)化(0此)亞鐵和非亞鐵合金。然而，PM+HIP工藝可能是高度能量集約的并且按比例放大的成本非常大。納米陶瓷分散粒子可以添加到鑄造Al合金和Mg合金中，伴隨在機(jī)械性質(zhì)尤其是高溫蠕變強(qiáng)度方面的顯著改善。雖然鑄造可以制造大量的塊狀材料，但是獲得納米尺寸粒子在熔融金屬以及隨后固化的金屬基體中的均勻分散可能是困難的。由于低密度和范德華力作用，納米尺寸氧化物粒子可能在金屬鑄造過程中趨于聚集并漂浮到表面。在實驗室中已經(jīng)進(jìn)行了施加外部能量場如超聲能量以破壞聚集體并將納米粒子均勻地混合到熔融金屬中的嘗試，獲得有限的成功。符合本發(fā)明實施方案的DSSMC可以提供制備納米工程材料的方法?？梢栽诮饘倩w中遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高的納米粒子體積分?jǐn)?shù)(高達(dá)20%)的情況下提供均勻的分散。摩擦擠出具有與FSP以及其它廣泛使用的基于摩擦的固態(tài)結(jié)合工藝相同的變形和冶金結(jié)合原理。它們都依賴摩擦生熱和極端的熱機(jī)械加工變形來攪拌、混合、機(jī)械合金化、以及在冶金方面同時固結(jié)和合成材料。摩擦擠出可以提供利用摩擦攪拌固結(jié)原理制備塊狀材料的實際手段。本發(fā)明的實施方案可以提供 不同形狀的產(chǎn)品?！そ?jīng)由DSSMC的納米工程塊狀材料(固體線材)?！す苍傺h(huán)的不同類型的Al合金(如hxx系列與6XXX系列)。雖然DSSMC可以再循環(huán)并且轉(zhuǎn)化多種工業(yè)金屬，但是在此部分中的分析將限于兩種金屬鋁合金和鋼，轉(zhuǎn)化DSSMC技術(shù)對所述金屬的廣泛應(yīng)用預(yù)期具有最高的能量、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境影響。DSSMC可以適用于鋼產(chǎn)品，尤其是在用于模頭和柱塞的工具材料上的鋼產(chǎn)品。對于來自DSSMC技術(shù)的應(yīng)用的能量、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響的分析可以分成兩部分。第一部分描述分析中使用的程序、參考和假設(shè)。第二部分總結(jié)分析結(jié)果。圖8顯示用于將廢料轉(zhuǎn)化為近終形(near net-shape)產(chǎn)品的當(dāng)前技術(shù)和新技術(shù)的基本操作步驟的比較。當(dāng)前基本技術(shù)二次鋁生產(chǎn)-完全由再循環(huán)鋁廢料生產(chǎn)的鋁-是作為當(dāng)前基本技術(shù)(例如傳統(tǒng)的)的一個實例。二次鋁生產(chǎn)可以包括許多主要操作。首先將廢料在爐中熔融，鑄造成大的錠料、坯料、T-棒條、板材或帶材，并且最后軋制、擠出或以其它方式成形為部件和有用的產(chǎn)品。二次鋁工業(yè)是一個大的市場-當(dāng)前，超過50%的國內(nèi)生產(chǎn)的Al產(chǎn)品是由鋁廢料制成的。小型鋼鐵廠可以包括用于鋼生產(chǎn)的傳統(tǒng)系統(tǒng)。小型鋼鐵廠可以包括電弧爐、坯料連鑄機(jī)和能夠制造長型產(chǎn)品(棒條、棒材、型材等)的軋機(jī)。小型鋼鐵廠采取100%廢料裝填并且制造棒條和棒材物料作為最終產(chǎn)品。因此，在直接轉(zhuǎn)化和小型鋼鐵廠轉(zhuǎn)化工藝中的輸入和輸出都是相同的。相對于通過當(dāng)前基本技術(shù)制造的上述產(chǎn)品，符合本發(fā)明實施方案的DSSMC工藝可以從可再循環(huán)的廢料一步制造近終形產(chǎn)品。圖8顯示了對于本發(fā)明實施方案815和當(dāng)前技術(shù)820，涉及從可再循環(huán)廢料810制造可比較的最終產(chǎn)品805的步驟。當(dāng)前技術(shù)820可能包括用于熔融可再循環(huán)廢料810的爐825。熔融的可再循環(huán)廢料可以鑄造830成錠料。然后可以經(jīng)由輥軋835或擠出840使錠料成形為最終產(chǎn)品805。圖9顯示了最終產(chǎn)品805的實例。本發(fā)明的實施方案可以用于擠出復(fù)雜物體。例如，圖9顯示了圓柱形棒條905，其具有第一內(nèi)部棒材910、第二內(nèi)部棒材915、第三內(nèi)部棒材920和第四內(nèi)部棒材925。在制造過程中，可以將多個室用切屑填充，并且可以使用多個模頭形成圓柱形棒條905、第一內(nèi)部棒材910、第二內(nèi)部棒材915、第三內(nèi)部棒材920和第四內(nèi)部棒材925。例如，第一室可以填充有切屑并且具有能夠擠出第一內(nèi)部棒材910、第二內(nèi)部棒材915、第三內(nèi)部棒材920和第四內(nèi)部棒材925的第一模頭。第二室可以填充有切屑并且具有能夠擠出圓柱形棒條905的第二模頭，所述切屑可以是相同金屬/合金或者不同金屬/合金中的任一種。與本發(fā)明實施方案一致的是，在單次擠出過程中，圓柱形棒條905以及第一內(nèi)部棒材910、第二內(nèi)部棒材915、第三內(nèi)部棒材920和第四內(nèi)部棒材925都可以同時形成。操作實施例分析稈序能量分析可以包括兩個主要步驟。第一步可以包括確定關(guān)于當(dāng)前基本技術(shù)(傳統(tǒng)的)和符合本發(fā)明的實施方案兩者的單位能量消耗。這包括確定關(guān)于當(dāng)前技術(shù)和符合本發(fā)明實施方案兩者的理論最小能量需求，對于當(dāng)前基本技術(shù)為美國工業(yè)確定的實際平均能量耗用，并且對于符合本發(fā)明的實施方案為估算的能量耗用。為了確保恰當(dāng)?shù)哪芰亢铜h(huán)境計算，可以確定“加工能量”-在加工設(shè)備處使用的能量(在場能量(onsite energy))。其不包括在裝置外設(shè)備處出現(xiàn)的能量損失(如發(fā)電和傳送損失)。在第二步中，適當(dāng)?shù)拿绹鴩鴥?nèi)Al和鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)(figures)可以獲自可用的市場調(diào)查。來自第一步的單位能量耗用數(shù)據(jù)與來自第二步的統(tǒng)計年度生產(chǎn)數(shù)據(jù)一起可以用作例如對于來自DOE ITP的能量節(jié)約計算工具(Energy Savings Calculation Tool)(GPRA2004Excel電子表格)的輸入，以確定新技術(shù)的總能量、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境益處。單位能量消耗比較當(dāng)前基本(傳統(tǒng))技術(shù)的能量耗用當(dāng)前基本技術(shù)的能量耗用可以從DOE報告中找到。通常，在Al或鋼制造的不同階段使用多種燃料。Choate和Green的研究提供了在鋁再循環(huán)中使用的能量的詳細(xì)解釋。根據(jù)此研究，用于制造近終形產(chǎn)品的能量耗用為
權(quán)利要求
1.一種用于提供塑性區(qū)擠出的方法，所述方法包括 將原料放置到室中；在所述室中，在所述原料內(nèi)產(chǎn)生摩擦熱，以將所述原料加熱至所述原料的塑性區(qū)；和在所述原料處于所述塑性區(qū)之后，通過所述室中的孔口擠出所述原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將原料放置到所述室中包括將切屑放置到所述室中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將原料放置到所述室中包括將納米粒子放置到所述室中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述納米粒子包含下列各項中的至少一種氧化鋁、碳化硅、銅和碳納米管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述原料內(nèi)產(chǎn)生摩擦熱包括 旋轉(zhuǎn)所述孔口 ；和對所述原料施加壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述原料內(nèi)產(chǎn)生摩擦熱包括在所述原料內(nèi)生成增塑層，所述增塑層鄰近所述孔口。
7.一種擠出材料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括室，所述室限定配置為容納原料的容積并且具有孔口 ； 柱塞，所述柱塞的尺寸設(shè)定為穿入到所述室內(nèi)并且在所述室內(nèi)匹配地連通；和發(fā)動機(jī)，所述發(fā)動機(jī)操作用于旋轉(zhuǎn)所述室和所述柱塞中的至少一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述室還包括模頭，其中所述發(fā)動機(jī)操作用于僅旋轉(zhuǎn)所述室和所述模頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述柱塞還包括模頭，其中所述發(fā)動機(jī)操作用于僅旋轉(zhuǎn)所述柱塞和所述模頭。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括易熔塞，所述易熔塞位于所述柱塞和在所述室中容納的所述原料之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中在所述室中容納的所述原料包含切屑。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中在所述室中容納的所述原料包含納米粒子。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述納米粒子包含下列各項中的至少一種氧化鋁、碳化硅、銅和碳納米管。
14.一種用于提供摩擦攪拌的方法，所述方法包括 將處于工件的表面處的材料軟化；和機(jī)械攪拌軟化的材料以引起下列各項中的至少一項固結(jié)和機(jī)械合金化。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中將處于所述工件的表面處的材料軟化包括使旋轉(zhuǎn)工具推壓所述工件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中使旋轉(zhuǎn)工具推壓所述工件包括 用銷釘穿透所述工件；和使肩部推壓所述工件，所述旋轉(zhuǎn)工具包括所述肩部和從所述肩部突出的所述銷釘。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述方法還包括 對所述表面施用納米粒子；使所述納米粒子分散在所述表面的一部分上；和使所述納米粒子與軟化材料的基體機(jī)械地合金化。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中使所述納米粒子分散在所述表面的所述部分上包括將多達(dá)20%體積分?jǐn)?shù)的納米粒子分散在所述表面的所述部分上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述納米粒子包含Al-Al2O3納米復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明可以提供塑性區(qū)擠出。首先，可以將原料放置到室中。然后可以在室中在原料內(nèi)產(chǎn)生摩擦熱以將原料加熱至原料的塑性區(qū)。然后在原料處于塑性區(qū)之后可以將原料通過室中的孔口擠出。
文檔編號B21C23/08GK102371286SQ20111019066
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者馮志力, 曼基拉尤·文卡塔·基蘭 申請人:南線公司