強(qiáng)鏈補(bǔ)鏈延鏈 更輕更優(yōu)更強(qiáng) 中北大學(xué)專注鋁鎂精深加工研發(fā)

王強(qiáng)教授在給學(xué)生們講解鋁鎂合金組織分析。

團(tuán)隊(duì)老師在給學(xué)生講輪轂擠壓成形流動(dòng)原理。

團(tuán)隊(duì)成員在做鎂合金輪轂擠壓成形試制實(shí)驗(yàn)。本欄圖片由張弘 崔馨攝

　　在金屬材料中，鋁、鎂最主要的特點(diǎn)都是輕，其中鎂比鋁還要輕1/3。在高端裝備輕量化時(shí)代，更輕更強(qiáng)的鋁鎂制成品市場(chǎng)前景廣闊。而我省鋁鎂礦儲(chǔ)量豐富，鋁鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)，鋁鎂精深加工產(chǎn)業(yè)鏈更被列為首批10條省級(jí)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈之一。

把產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、人才鏈深度融合，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)強(qiáng)鏈補(bǔ)鏈延鏈

　　“這是鎂合金?！?月8日，在中北大學(xué)鎂基材料深加工技術(shù)教育部工程研究中心，材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)王強(qiáng)指著一塊圓柱形金屬坯料告訴記者。

　　鎂礦又稱白云石，是一種歷經(jīng)上億年地質(zhì)變化而形成的礦石。鎂合金是從白云石中提煉出原鎂，再加入其他金屬后的產(chǎn)物，在鎂產(chǎn)業(yè)鏈條中處于中游。在市場(chǎng)上，原鎂作為結(jié)構(gòu)材料難以使用，絕大多數(shù)鎂制品均由各種鎂合金加工制作而成。推動(dòng)我省鋁鎂產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，需要在強(qiáng)鏈補(bǔ)鏈延鏈上展現(xiàn)新作為，需要把產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、人才鏈深度融合，在鋁鎂精深加工產(chǎn)業(yè)上實(shí)現(xiàn)新突破。

　　2020年，針對(duì)國(guó)家輕量化重大戰(zhàn)略需求和山西鋁鎂產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要，中北大學(xué)王強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)主持承擔(dān)了山西省重大專項(xiàng)計(jì)劃——“高性能鋁鎂合金結(jié)構(gòu)件鑄鍛復(fù)合成形開發(fā)與應(yīng)用”。4年來(lái)，他們實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)突破，幫助企業(yè)取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也為我省鋁鎂產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供了助力。

　　料要成材，材要成器?！耙_(dá)到輕量化，材料是基礎(chǔ)，有了輕量化的材料，還要通過(guò)各種加工工藝和方法，把材料制作成高端裝備所需要的零部件。零部件性能的提升是高端裝備提升性能的基礎(chǔ)。”王強(qiáng)介紹說(shuō)。他與團(tuán)隊(duì)成員的工作重點(diǎn)，就是不斷創(chuàng)新鋁鎂合金材料及其加工工藝和方法，努力在提升性能、提高質(zhì)量的同時(shí)降低成本。

　　記者了解到，在鋁鎂新材料及先進(jìn)成形制造領(lǐng)域，除了鎂基材料深加工技術(shù)教育部工程研究中心，中北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院還建成了高性能鋁/鎂合金材料開發(fā)及應(yīng)用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心、鎂合金關(guān)鍵技術(shù)及工藝國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心等多個(gè)重大科技創(chuàng)新平臺(tái)，同時(shí)擁有由何梁何利科技獎(jiǎng)獲得者、國(guó)家級(jí)領(lǐng)軍人才、國(guó)家級(jí)青年人才等高層次人才領(lǐng)銜的多專業(yè)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，致力于推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈、人才鏈有機(jī)深度融合。近年來(lái)，中北大學(xué)在新型鋁鎂合金設(shè)計(jì)制備、高性能鋁鎂合金零件成形新技術(shù)、特種成型新裝備開發(fā)以及鋁鎂合金在高端裝備上的應(yīng)用，已形成鮮明的特色和優(yōu)勢(shì)，相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品在國(guó)防和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　在鎂基材料深加工技術(shù)教育部工程研究中心試制車間，兩臺(tái)高大的寫有“中北大學(xué)”字樣的機(jī)械設(shè)備非常醒目?！耙慌_(tái)是多向擠壓機(jī)，一臺(tái)是多向加載旋轉(zhuǎn)擠壓機(jī)，都是我們自己開發(fā)研制的設(shè)備。中間這幾臺(tái)體形略小的是目前市場(chǎng)上通用的設(shè)備。”王強(qiáng)告訴記者。走進(jìn)與車間相連的中心展覽室，指著整齊擺放的汽車輪轂等鋁鎂合金零部件，他頗為自豪地介紹說(shuō)：“這些都是中心研制的產(chǎn)品?！被蚴褂眯虏牧希蚴褂眯鹿に?，或二者兼而有之，數(shù)十種銀灰色形狀不同的大大小小的零部件，書寫著從鋁鎂原材料到高附加值產(chǎn)品的華麗轉(zhuǎn)身。

從“按噸賣”走向“按件賣”，助力鋁鎂精深加工產(chǎn)業(yè)鏈向更深更新處探索

　　4年來(lái)，“高性能鋁鎂合金結(jié)構(gòu)件鑄鍛復(fù)合成形開發(fā)與應(yīng)用”重大專項(xiàng)順利推進(jìn)，王強(qiáng)率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員在一次又一次的實(shí)驗(yàn)與試制中，推進(jìn)鋁鎂合金結(jié)構(gòu)件工藝取得新突破。

　　從鋁合金或鎂合金到各種零部件，加工工藝有很多種，比如鑄造、鍛壓等。任何一種工藝都有其優(yōu)缺點(diǎn)，鑄造是一種金屬熱加工工藝，由于是在液態(tài)下充填模具，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以成形形狀更為復(fù)雜的零部件，但缺點(diǎn)是零部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為疏松，力學(xué)性能相對(duì)較低；而鍛造是金屬材料在固態(tài)下通過(guò)利用機(jī)械設(shè)備施壓變形，成形后內(nèi)部結(jié)構(gòu)更好，性能也更好，但缺點(diǎn)是不像鑄造那樣能成形形狀復(fù)雜的零部件。

　　作為材料人，他們一直在尋求突破：“不斷突破工藝方法的極限，不斷突破材料性能的極限。比如原來(lái)某種材料做出來(lái)的產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度為300兆帕，那么采取新的工藝能不能提升到340甚至360兆帕？原來(lái)只能做這種形狀，有沒有新的方法或工藝能成形形狀更復(fù)雜的零部件？”“但工藝再突破，也有其局限性。”王強(qiáng)與團(tuán)隊(duì)成員提出了鑄鍛復(fù)合成形新工藝，“集成這兩種工藝的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，目標(biāo)是既能成形形狀復(fù)雜的零件，又能提高產(chǎn)品性能?！彼麄儾扇∠辱T再鍛的方法，以低生產(chǎn)成本、短工藝流程、高性能為重點(diǎn)開展了技術(shù)攻關(guān)，在鋁鎂精深加工領(lǐng)域持續(xù)深入探索。

　　在新工藝的實(shí)踐中，他們不斷克服困難，試制符合市場(chǎng)需求的新產(chǎn)品?！跋辱T成一個(gè)什么樣的組織結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過(guò)鍛后就能達(dá)到新的形狀和性能要求？”他們合力攻克金屬坯料的組織性能、形狀設(shè)計(jì)這一核心問(wèn)題。利用鑄鍛復(fù)合成形新工藝，他們與太原市康鎂科技發(fā)展有限公司攜手，電動(dòng)自行車、自行車的鎂合金輪轂正在推廣應(yīng)用?！爸暗妮嗇灦际氰T造的，力學(xué)性能低、氣密性差，通過(guò)鑄鍛復(fù)合，有效解決了這些缺陷，大幅提高了零部件的綜合成品率，降低了生產(chǎn)成本。而且，整個(gè)輪轂比原來(lái)更輕了。”王強(qiáng)舉例解釋，比如一個(gè)產(chǎn)品原來(lái)的抗拉強(qiáng)度是300兆帕，此時(shí)壁厚需要約10毫米，即要達(dá)到10毫米的壁厚才能確保產(chǎn)品在使用過(guò)程中能承受住力的作用。如果抗拉強(qiáng)度提高到340兆帕甚至360兆帕，承受同樣的力，壁厚就可以減到8毫米甚至6毫米，如此一來(lái)，整個(gè)產(chǎn)品的重量更輕。

　　“近年來(lái)開發(fā)的零部件有100多種了。不同零部件存在的問(wèn)題不一樣，新工藝需要達(dá)到和解決的核心目標(biāo)也不太一樣，但永恒的目標(biāo)和主題是提高質(zhì)量、降低成本?！蓖鯊?qiáng)說(shuō)，4年來(lái)，團(tuán)隊(duì)與企業(yè)攜手攻克一個(gè)又一個(gè)零部件制作難題，助力推動(dòng)鋁鎂產(chǎn)業(yè)從“按噸賣”走向“按件賣”，鋁鎂精深加工不斷深入。

瞄準(zhǔn)需求持續(xù)發(fā)力，校企攜手走向更“鎂”的未來(lái)

　　“我們有聯(lián)合開展的科研項(xiàng)目，一直在合作，好多年了?！痹谠囍栖囬g，前來(lái)討論項(xiàng)目進(jìn)展的山西瑞格金屬新材料有限公司技術(shù)人員表示。企業(yè)尋找市場(chǎng)，校企聯(lián)合攻關(guān)新產(chǎn)品新工藝。多年來(lái)，中北大學(xué)與全省甚至全國(guó)不少相關(guān)企業(yè)開展了長(zhǎng)期戰(zhàn)略合作。

　　“我們與瑞格合作，正在開發(fā)試制變形鎂合金筒形構(gòu)件，并已小批量提供樣件，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)某高端裝備的輕量化。”王強(qiáng)介紹說(shuō)，與山西盛鎂科技有限公司的合作也正在進(jìn)行中，“聯(lián)合開發(fā)并攻克了薄壁異形鎂合金殼體鍛造技術(shù)，可用于AR、VR眼鏡上，實(shí)現(xiàn)輕便佩戴，并提升佩戴舒適性，做到降低重量的同時(shí)提升整體散熱性能?！苯陙?lái)，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了高附加值鋁鎂復(fù)雜構(gòu)件的精密成形產(chǎn)業(yè)化，他們研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)目前已在眾立法蘭、晉西工業(yè)集團(tuán)、航天二院等落地應(yīng)用，建成鋁鎂復(fù)雜構(gòu)件擠壓成形生產(chǎn)線3條；研發(fā)的高性能鎂鋁材料制備、精密擠壓成形等技術(shù)在我省鋁鎂精深加工產(chǎn)業(yè)鏈“鏈主”企業(yè)之一——山西銀光華盛鎂業(yè)股份有限公司應(yīng)用，解決了產(chǎn)品性能低、各向異性明顯的難題，并建成了大截面型材擠壓生產(chǎn)線，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益大幅提升。

　　2023年2月，中國(guó)鍛壓協(xié)會(huì)公布了2022年度鍛造行業(yè)“十大事件”，中北大學(xué)研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)多向加載旋轉(zhuǎn)擠壓裝備通過(guò)運(yùn)行考核，成功入選。該校材料科學(xué)與工程首席學(xué)科帶頭人張治民教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多個(gè)直線運(yùn)動(dòng)與一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相匹配的多向加載旋轉(zhuǎn)擠壓技術(shù)及裝備，屬國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)，開辟了內(nèi)環(huán)筋構(gòu)件的整體鍛造成形新途徑，目前已在航天、國(guó)防等尖端科技領(lǐng)域應(yīng)用，為重大裝備的輕量化提供了有力支撐。

　　“剛才我們?cè)谡褂[室看到的輪轂就是鎂合金汽車輪轂樣品。”王強(qiáng)說(shuō)，汽車輪轂?zāi)壳岸嗍褂娩X合金，鎂合金輪轂比鋁合金輪轂更輕，因此一方面節(jié)能減排效果更好，對(duì)于新能源汽車來(lái)說(shuō)，續(xù)駛里程會(huì)更長(zhǎng)，啟動(dòng)剎車性能也會(huì)更好；另一方面減震阻尼性能更好，汽車的舒適性會(huì)大大提升?！拔覀?cè)趯?shí)驗(yàn)室已經(jīng)開發(fā)出了不同系列的鎂合金輪轂，幾年前就在企業(yè)建立了鎂合金輪轂生產(chǎn)線，樣品已通過(guò)相關(guān)測(cè)試，開始小批量生產(chǎn)并進(jìn)入市場(chǎng)，目前還在不斷進(jìn)行市場(chǎng)拓展。”

　　“鋁合金輪轂大部分使用鑄造工藝，鎂合金輪轂如果完全使用鍛造工藝的話，性能更高，但成本也高。我們使用鑄鍛復(fù)合新工藝，努力探索降低成本的新路徑。同時(shí)我們還與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)了鎂稀土合金新材料，主要特點(diǎn)是耐高溫，溫度越高性能越好……”中北大學(xué)在鋁鎂領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)還在進(jìn)行中，王強(qiáng)表示，他們會(huì)繼續(xù)在鋁鎂精深加工這條路上堅(jiān)定地走下去，為解決和滿足國(guó)家重大戰(zhàn)略重大工程的高端裝備需求，為推進(jìn)山西鋁鎂產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型高質(zhì)量發(fā)展而不懈奮斗。

記者手記

讓創(chuàng)新之花不斷綻放

　　鋁鎂產(chǎn)業(yè)是我省的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，鋁鎂精深加工產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)俏沂?6條重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈之一。從原材料到高附加值產(chǎn)品，鋁鎂產(chǎn)業(yè)鏈的延伸關(guān)鍵在精深加工，在科技創(chuàng)新。

　　中北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院擁有材料科學(xué)與工程博士后流動(dòng)站和一級(jí)博士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)，材料科學(xué)學(xué)科進(jìn)入ESI全球排名前1%，并在鋁鎂新材料及先進(jìn)成形制造領(lǐng)域建成了多個(gè)重大科技創(chuàng)新平臺(tái)?！版V合金零部件比鋁合金的更輕，性能也更好，具有廣闊的市場(chǎng)前景。”對(duì)于鋁鎂產(chǎn)業(yè)特別是鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，科研人員信心滿滿。

　　“目前主要還是成本較高，這也是我們研發(fā)的重點(diǎn)，即在提高性能的同時(shí)降低成本?！敝斜贝髮W(xué)科研人員與企業(yè)攜手，還在不斷對(duì)材料進(jìn)行更為深入的認(rèn)知與分析，不斷探索新工藝新方法，不斷精心雕琢零部件的結(jié)構(gòu)形狀，推動(dòng)鋁鎂精深加工特別是鎂精深加工進(jìn)一步深入，推動(dòng)更多高附加值產(chǎn)品面世應(yīng)用。

　　科技創(chuàng)新，就像撬動(dòng)地球的杠桿，總能創(chuàng)造令人意想不到的奇跡。讓我們共同期待創(chuàng)新之花絢麗綻放！

山西日?qǐng)?bào) 記者李林霞 本報(bào)通訊員胡慧萍