Nuevas oportunidades para las aplicaciones del magnesio
Un proyecto de investigación internacional está abordando este reto. Su objetivo es obtener una comprensión más profunda del comportamiento del material de la aleación de magnesio con calcio ZAX210 a lo largo de toda la cadena de procesos y, basándose en este conocimiento, desarrollar estrategias de procesamiento más eficientes. En el Centro de Competencia en Metales Ligeros LKR de Ranshofen, que forma parte del Instituto Austriaco de Tecnología (AIT), se utilizan métodos basados en la simulación para analizar cómo evolucionan la microestructura y la textura desde la fundición hasta el trefilado.
La limitada conformabilidad como reto clave del magnesio
Como material estructural especialmente ligero, el magnesio puede contribuir de manera significativa a reducir las emisiones y mejorar la eficiencia energética tanto en la industria como en la movilidad. Sin embargo, su uso industrial más amplio sigue estando limitado por su escasa conformabilidad, resultado de su red cristalina hexagonal. En operaciones de conformado complejas y cadenas de procesos de varias etapas, factores como la temperatura, la velocidad de conformado, las condiciones de tensión y el desarrollo de la textura pueden afectar negativamente a la estabilidad del proceso y al rendimiento de los componentes.
En los últimos años se han logrado avances notables gracias al desarrollo de nuevos conceptos de aleaciones. En particular, se ha demostrado que la adición de calcio mejora tanto la conformabilidad como el desarrollo de la textura. La aleación de Mg-Zn-Al-Ca ZAX210 presenta una conformabilidad significativamente mejorada en comparación con las aleaciones de magnesio convencionales, debido al control específico de la microestructura y la recristalización. No obstante, aún no se dispone de un conocimiento exhaustivo de su comportamiento en condiciones industriales reales.
El proyecto ‘Comportamiento del material a lo largo de la cadena de procesos del alambre ZAX210’ es el primero en investigar sistemáticamente la producción de alambre de magnesio basado en la aleación ZAX210.
Desarrollo de una cadena de procesos innovadora para el ZAX210
El proyecto ‘Comportamiento del material a lo largo de la cadena de procesos del alambre ZAX210’ es el primero en investigar sistemáticamente la producción de alambre de magnesio basado en la aleación ZAX210. Se centra en una novedosa cadena de procesos que combina la colada entre rodillos gemelos (TRC), la extrusión rotativa continua (CRE) y el posterior trefilado.
La TRC integra la colada y el conformado en caliente en un único paso, lo que permite la producción de un material de partida homogéneo con una microestructura optimizada. La CRE, por su parte, es un proceso de conformado continuo eficiente en recursos cuyos efectos sobre la microestructura y la textura aún no se han explorado por completo.
Al promover la recristalización dinámica de forma selectiva y controlar el desarrollo de la textura, el proyecto pretende lograr una mejor conformabilidad junto con un alto rendimiento mecánico. Esto abre nuevas áreas de aplicación para el alambre de magnesio, incluyendo la tecnología médica y la fabricación aditiva basada en alambre.
El aluminio y el magnesio desempeñan un papel clave como materiales reciclables, ya que ofrecen un potencial significativo para una economía circular sostenible
Contribución de LKR: Simulación a lo largo de toda la cadena de procesos
LKR aporta al proyecto su amplia experiencia en tecnologías de conformado, así como en simulación de microestructura y textura. A nivel macroscópico, se modelan los pasos individuales del proceso utilizando simulaciones adaptadas de conformado y extrusión para evaluar sistemáticamente la influencia de los parámetros clave del proceso.
Al mismo tiempo, el LKR examina la evolución de la microestructura a lo largo de líneas de flujo seleccionadas. Esto incluye el análisis de la morfología de los granos, las proporciones de fases, los cambios de textura y los mecanismos de recristalización. Se aplica el enfoque viscoelástico autoconsistente, que proporciona un marco eficiente para describir el comportamiento anisotrópico del material. Esto permite captar de forma realista fenómenos complejos como la recristalización dinámica y la recristalización inducida por maclas.
Al combinar la simulación macroscópica del proceso con el modelado microscópico del material, se logra una comprensión exhaustiva de las interacciones entre el control del proceso, la microestructura y las propiedades resultantes del material.
‘Con este proyecto, estamos adquiriendo un conocimiento profundo de cómo interactúan el control del proceso, la microestructura y la textura en el magnesio. Estos hallazgos son cruciales para el uso futuro, económico y fiable de aleaciones de magnesio como la ZAX210 en aplicaciones exigentes’, explica Johannes Kronsteiner, director del proyecto y experto en simulación en LKR
Principales socios del proyecto y financiación
El socio del proyecto es el Instituto de Conformado de Metales (IMF) de la Universidad Técnica Bergakademie de Freiberg. El instituto aporta su amplia experiencia en el desarrollo experimental de procesos y en la colada entre rodillos gemelos, y es responsable de la coordinación general del proyecto.
La financiación corre a cargo del programa WEAVE del FWF, con una solicitud principal presentada a la Fundación Alemana para la Investigación (DFG) y cofinanciación de la Agencia Austriaca de Promoción de la Investigación (FFG).
LKR Light Metal Competence Centre Ranshofen GmbH es una filial del AIT y forma parte del Centro de Tecnologías del Transporte del AIT. Como unidad de competencia ‘Light Metals Technologies Ranshofen’, cuenta con una plantilla de unas 60 personas y se considera una institución líder en el desarrollo de aleaciones de metales ligeros de alta calidad, tecnologías de procesamiento sostenibles y componentes ligeros funcionalmente integrados.
Su trabajo se centra tanto en el desarrollo de métodos de producción eficientes desde el punto de vista energético y que ahorren recursos como en garantizar que los materiales cumplan los exigentes requisitos de los componentes sometidos a grandes esfuerzos, por ejemplo, en el ámbito de la movilidad eléctrica.
El aluminio y el magnesio también desempeñan un papel clave como materiales reciclables, ya que ofrecen un potencial significativo para una economía circular sostenible. En consecuencia, las actividades de investigación se centran en estos dos metales ligeros con el fin de hacer posibles soluciones de movilidad eficientes, seguras y respetuosas con el medio ambiente.
