鎂作為一種可回收的輕量化材料，具有巨大的潛力，但其有限的成形性迄今為止限制了其工業(yè)應(yīng)用，尤其是在線(xiàn)材生產(chǎn)領(lǐng)域。

一項(xiàng)國(guó)際研究項(xiàng)目正致力于解決這一難題，該項(xiàng)目對(duì)含鈣鎂合金 ZAX210 進(jìn)行了全面深入的研究。奧地利技術(shù)研究院 (AIT) 蘭斯霍芬輕金屬能力中心 (LKR) 利用基于仿真的方法，分析了從鑄造到拉絲的整個(gè)工藝鏈中微觀結(jié)構(gòu)和織構(gòu)的演變過(guò)程。其目標(biāo)是：開(kāi)發(fā)更高效、更可靠的加工工藝，并開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，包括醫(yī)療技術(shù)和線(xiàn)材增材制造。

成形性是關(guān)鍵挑戰(zhàn)

鎂是最輕的結(jié)構(gòu)金屬之一，在減少交通運(yùn)輸和工業(yè)領(lǐng)域的排放和提高能源效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，由于其六方晶格結(jié)構(gòu)，鎂的成形性較差，這限制了其工業(yè)應(yīng)用。尤其是在復(fù)雜的成形工藝和多階段工藝鏈中，溫度、成形速度、應(yīng)力狀態(tài)和織構(gòu)發(fā)展之間的相互作用會(huì)對(duì)工藝穩(wěn)定性和零件性能產(chǎn)生不利影響。

近年來(lái)，通過(guò)新的合金概念，鎂的成形性得到了顯著改善。特別是，鈣作為合金元素的應(yīng)用對(duì)成形性能和織構(gòu)發(fā)展產(chǎn)生了積極影響。Mg-Zn-Al-Ca合金ZAX210的成形性?xún)?yōu)于傳統(tǒng)鎂合金，這歸功于其對(duì)微觀結(jié)構(gòu)和再結(jié)晶的調(diào)控作用。然而，目前仍缺乏對(duì)這些合金在實(shí)際工業(yè)相關(guān)工藝條件下材料行為的全面理解。

ZAX210合金新型工藝鏈

“ZAX210線(xiàn)材工藝鏈中的材料行為”項(xiàng)目首次系統(tǒng)地研究了Mg-Zn-Al-Ca合金ZAX210鎂絲產(chǎn)品的制造工藝。該項(xiàng)目重點(diǎn)研究一種新型工藝鏈，該工藝鏈結(jié)合了雙輥鑄造（TRC）、連續(xù)旋轉(zhuǎn)擠壓（CRE）和下游拉絲工藝。TRC將鑄造和熱成形合二為一，能夠生產(chǎn)出具有更優(yōu)微觀結(jié)構(gòu)的均質(zhì)原材料。CRE是一種資源高效的連續(xù)成形工藝，其對(duì)微觀結(jié)構(gòu)和織構(gòu)的影響尚未得到充分研究。

通過(guò)有針對(duì)性地促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和控制織構(gòu)的形成，旨在提高成形性能的同時(shí)保持優(yōu)異的力學(xué)性能。這將為鎂絲開(kāi)辟新的應(yīng)用前景，包括醫(yī)療技術(shù)和線(xiàn)材增材制造等領(lǐng)域。

LKR 的貢獻(xiàn)：全流程模擬

奧地利蘭斯霍芬輕金屬能力中心 (LKR) 將其在成形、微觀結(jié)構(gòu)和織構(gòu)模擬方面多年的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)貢獻(xiàn)于本項(xiàng)目。在宏觀層面，該中心利用定制的擠壓和成形模型模擬流程鏈中的各個(gè)成形步驟，從而系統(tǒng)地分析關(guān)鍵工藝參數(shù)的影響。

“通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，我們深入了解了鎂的工藝控制、微觀結(jié)構(gòu)和織構(gòu)之間的相互作用。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于未來(lái)在嚴(yán)苛的應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)可靠地使用 ZAX210 等鎂合金至關(guān)重要。” LKR 的仿真專(zhuān)家兼項(xiàng)目經(jīng)理 Johannes Kronsteiner 表示。

合作機(jī)構(gòu)及資金來(lái)源

本項(xiàng)目合作伙伴是德國(guó)弗萊貝格工業(yè)大學(xué)金屬成形研究所 (IMF)，該研究所貢獻(xiàn)了其在實(shí)驗(yàn)工藝開(kāi)發(fā)和雙輥鑄造方面的成熟經(jīng)驗(yàn)，并負(fù)責(zé)項(xiàng)目的總體協(xié)調(diào)工作。

本項(xiàng)目由奧地利科學(xué)基金會(huì) (FWF) WEAVE 項(xiàng)目資助，主要申請(qǐng)方為德國(guó)研究基金會(huì) (DFG)，并獲得奧地利研究促進(jìn)署 (FFG) 的聯(lián)合資助。

（德贏輕量化技術(shù)）