镁合金作为最轻的结构金属,在降低工业能耗与提升移动出行效率方面潜力巨大,但其六方晶格结构导致的成形性差一直是制约其大规模应用的核心痛点。特别是在多阶段复杂加工中,温度、速度及应力条件极易引发微观组织不稳定,影响最终部件性能。近年来,通过添加钙元素开发的ZAX210镁合金(Mg-Zn-Al-Ca)在微观组织控制与再结晶机制上取得突破,显著改善了成形性,但其在真实工业环境下的全流程行为尚缺乏系统认知。
针对这一挑战,一个由奥地利技术研究院(AIT)下属的LKR轻质金属竞争力中心主导的国际研究项目正在推进。该项目名为“ZAX210线材全流程材料行为研究”,是全球首个系统探究基于ZAX210合金镁线材生产的课题。研究聚焦于一种创新工艺链,将双辊连铸(TRC)、连续旋转挤压(CRE)与后续拉拔工艺有机结合。双辊连铸技术实现了铸造与热成形的单步集成,能产出微观组织优化的均匀坯料;而连续旋转挤压作为一种资源高效工艺,其对材料微观结构与织构演化的影响此前尚未被充分探索。
LKR中心利用先进的模拟技术贯穿整个研究过程。在宏观层面,通过定制化的成形与挤压模拟,系统评估关键工艺参数对流程的影响;在微观层面,则采用自洽粘弹性方法,深入分析晶粒形态、相比例、织构演变及动态再结晶等机制。这种宏观工艺模拟与微观材料建模的结合,揭示了工艺控制、微观组织与最终材料性能之间的深层互动关系。项目旨在通过选择性促进动态再结晶并精准控制织构,实现高成形性与优异机械性能的平衡,从而为镁线材在医疗技术及线材增材制造等高端领域的应用打开新大门。
该项目由德国弗莱贝格工业大学金属成形研究所(IMF)作为重要合作伙伴,负责实验工艺开发与双辊连铸技术的协调。资金方面,项目由奥地利科研基金会(FWF)的WEAVE计划资助,并获得了德国科学基金会(DFG)的主要申请支持及奥地利研究促进局(FFG)的联合资助。LKR中心作为奥地利技术研究院的分支机构,拥有约60名专业人员,是轻质合金开发、可持续加工技术及功能集成轻量化组件领域的全球***,其工作重点正是推动能源高效、资源节约的生产方法,以满足电动汽车等高端领域对材料性能的严苛要求。
铝与镁作为关键的可回收金属,在构建可持续循环经济中扮演重要角色。该研究不仅致力于解决ZAX210合金的加工难题,更着眼于通过提升材料利用率与性能,推动更安全、环保且高效的移动出行解决方案落地。对于中国镁产业而言,这种将微观机理研究与全流程工艺模拟深度融合的研发模式,为突破传统镁合金加工瓶颈提供了可借鉴的范式,特别是在开发高附加值医疗及3D打印用镁材方面,具备重要的技术参考价值。