Magnésio reforça potencial industrial com novas soluções de processamento

O magnésio é um dos metais estruturais mais leves, apresenta excelente reciclabilidade e possui um elevado potencial para uma vasta gama de aplicações industriais. Apesar destas vantagens, a sua utilização tem sido até agora limitada. A principal razão prende-se com a sua reduzida conformabilidade, o que faz com que os processos de fabrico convencionais – especialmente na produção de arame – atinjam rapidamente os seus limites.

Um projeto internacional de investigação procura dar resposta a este desafio. O objetivo é aprofundar o conhecimento do comportamento da liga de magnésio com cálcio ZAX210 ao longo de toda a cadeia de processamento e, com base nesse conhecimento, desenvolver estratégias de processamento mais eficientes. No LKR Light Metals Competence Centre Ranshofen, integrado no Instituto Austríaco de Tecnologia (AIT), são utilizados métodos de simulação para analisar a evolução da microestrutura e da textura desde a fundição até à trefilagem.

Enquanto material estrutural ultraleve, o magnésio pode contribuir significativamente para a redução de emissões e para o aumento da eficiência energética, tanto na indústria como na mobilidade. No entanto, a sua aplicação industrial alargada continua condicionada pela baixa conformabilidade, decorrente da sua estrutura cristalina hexagonal.

Em operações de conformação complexas e cadeias de processamento multietapas, fatores como a temperatura, a velocidade de deformação, o estado de tensão e a evolução da textura podem comprometer a estabilidade do processo e o desempenho dos componentes.

Nos últimos anos, registaram-se avanços relevantes graças ao desenvolvimento de novas ligas. Em particular, demonstrou-se que a adição de cálcio melhora significativamente a conformabilidade e influencia positivamente o desenvolvimento da textura. A liga Mg-Zn-Al-Ca ZAX210 apresenta uma conformabilidade claramente superior à das ligas convencionais de magnésio, devido ao controlo direcionado da microestrutura e dos mecanismos de recristalização. Ainda assim, o seu comportamento em condições industriais reais não se encontra totalmente caracterizado.

O projeto ‘Comportamento do material ao longo da cadeia de processamento do fio ZAX210’ é o primeiro a estudar de forma sistemática a produção de arame de magnésio com base na liga ZAX210. Centra-se numa cadeia de processamento inovadora que combina fundição entre rolos duplos (TRC), extrusão rotativa contínua (CRE) e trefilagem subsequente.

A TRC integra a fundição e a conformação a quente numa única etapa, permitindo obter um material de partida homogéneo com microestrutura otimizada. Já a CRE é um processo contínuo de elevada eficiência em termos de recursos, cujos efeitos na microestrutura e na textura ainda não foram totalmente explorados.

Ao promover seletivamente a recristalização dinâmica e ao controlar o desenvolvimento da textura, o projeto visa melhorar a conformabilidade sem comprometer o desempenho mecânico. Isto abre novas possibilidades de aplicação para o fio de magnésio, nomeadamente na tecnologia médica e no fabrico aditivo baseado em fio de arame.

Em paralelo, o LKR analisa a evolução da microestrutura ao longo de linhas de fluxo selecionadas, incluindo a morfologia dos grãos, a fração de fases, as alterações de textura e os mecanismos de recristalização. É utilizada uma abordagem viscoplástica autoconsistente, que permite descrever de forma eficiente o comportamento anisotrópico do material. Desta forma, é possível representar com realismo fenómenos complexos como a recristalização dinâmica e a recristalização induzida por maclagem.

A combinação entre simulação macroscópica do processo e modelação microscópica do material permite obter uma compreensão aprofundada das interações entre parâmetros de processo, microestrutura e propriedades finais do material.

“Com este projeto, estamos a aprofundar o conhecimento sobre a interação entre controlo do processo, microestrutura e textura no magnésio. Estes resultados são essenciais para uma utilização futura, fiável e economicamente viável de ligas como a ZAX210 em aplicações exigentes”, afirma Johannes Kronsteiner, diretor do projeto e especialista em simulação no LKR.

O projeto conta com o Instituto de Conformação de Metais (IMF) da Universidade Técnica Bergakademie de Freiberg como parceiro, que contribui com a sua experiência no desenvolvimento experimental de processos e na fundição entre rolos duplos, sendo responsável pela coordenação global.

O financiamento é assegurado pelo programa Weave da FWF, com candidatura principal submetida à Fundação Alemã para a Investigação (DFG) e cofinanciamento da Agência Austríaca de Promoção da Investigação (FFG).

O LKR Light Metals Competence Centre Ranshofen GmbH é uma filial do AIT e integra o Centro de Tecnologias de Transporte. Conta com cerca de 60 colaboradores e é reconhecido como uma instituição de referência no desenvolvimento de ligas de metais leves, tecnologias de processamento sustentáveis e componentes leves funcionalmente integrados.

A sua atividade centra-se no desenvolvimento de processos de produção energeticamente eficientes e na garantia de que os materiais cumprem os requisitos exigentes de componentes sujeitos a elevadas solicitações, nomeadamente no setor da mobilidade elétrica.

O alumínio e o magnésio desempenham igualmente um papel central como materiais recicláveis, oferecendo um elevado potencial para uma economia circular sustentável. Por esse motivo, as atividades de investigação concentram-se nestes dois metais leves, com o objetivo de viabilizar soluções de mobilidade eficientes, seguras e ambientalmente sustentáveis.