Mở đầu
Trong ngành sản xuất, việc giảm trọng lượng sản phẩm là một thách thức không thể thiếu để nâng cao hiệu quả nhiên liệu, cải thiện hiệu suất và tiết kiệm chi phí. Đặc biệt trong các lĩnh vực như ô tô, hàng không và máy móc chính xác, hợp kim nhôm và hợp kim magie được sử dụng rộng rãi như những vật liệu nhẹ tiêu biểu. Tuy nhiên, mỗi loại vật liệu này đều có những đặc tính riêng, và việc lựa chọn vật liệu tối ưu không thể chỉ dựa vào so sánh trọng lượng đơn thuần. Bài viết này hướng đến các nhà quản lý và giám đốc thu mua trong ngành sản xuất tại Nhật Bản, với mục đích so sánh chi tiết giữa đúc nhôm (sau đây gọi là đúc nhôm) và đúc magie (sau đây gọi là đúc magie) từ các khía cạnh về đặc tính nhẹ, độ bền, và yếu tố quan trọng nhất là chi phí. Chúng tôi sẽ phân tích rõ ràng các công nghệ đúc chuyên sâu và đặc tính vật liệu một cách dễ hiểu, kèm theo các số liệu và ví dụ cụ thể để hỗ trợ việc ra quyết định tối ưu cho quá trình phát triển sản phẩm của quý vị.
Giảm trọng lượng: Magie có ưu thế vượt trội
Khi ưu tiên hàng đầu là giảm trọng lượng sản phẩm, đúc magie có ưu thế vượt trội hơn hẳn so với đúc nhôm. Điều này xuất phát từ sự khác biệt về tỷ trọng giữa hai loại vật liệu. Trong khi hợp kim nhôm (tiêu biểu là ADC12) có tỷ trọng khoảng , hợp kim magie (tiêu biểu là AZ91D) có tỷ trọng chỉ khoảng , một con số nhẹ đến kinh ngạc, chỉ bằng khoảng 2/3 so với nhôm.
Những lợi ích to lớn đạt được nhờ trọng lượng siêu nhẹ
Sự khác biệt về tỷ trọng này có ảnh hưởng lớn không chỉ đến từng bộ phận mà còn đến việc giảm trọng lượng của toàn bộ hệ thống. Ví dụ, việc thay thế các bộ phận như vỏ hộp số, vô lăng ô tô hay vỏ hộp số của máy bay bằng hợp kim magie có thể giúp giảm trọng lượng đáng kể. Điều này không chỉ trực tiếp cải thiện hiệu suất nhiên liệu và tăng quãng đường di chuyển của xe, mà còn giảm quán tính của các bộ phận chuyển động, giúp cải thiện độ nhạy và đặc tính rung của máy móc.
Hơn nữa, hợp kim magie có lực cản cắt gọt chỉ bằng khoảng 1/2 so với nhôm, mang lại khả năng gia công rất tốt. Nhờ đó, có thể rút ngắn thời gian gia công và kéo dài tuổi thọ của dụng cụ, góp phần nâng cao hiệu suất sản xuất. Đặc tính có độ nhớt thấp của dung dịch nóng chảy cũng cho phép tạo hình các bộ phận có thành cực mỏng, chỉ khoảng , giúp tăng thêm sự tự do trong thiết kế để giảm trọng lượng hơn nữa.
Độ bền và độ bền bỉ: Chìa khóa là sử dụng đặc tính phù hợp với mục đích
Về độ bền, nhôm và magie có những đặc tính khác nhau, và việc lựa chọn tối ưu sẽ phụ thuộc vào mục đích sử dụng. Nhìn chung, hợp kim nhôm thường có ưu thế về độ bền kéo và độ bền mỏi, nhưng hợp kim magie lại có đặc tính là độ bền riêng (độ bền trên một đơn vị khối lượng) rất cao.
Độ dẻo dai của nhôm và độ cứng vững của magie
Hợp kim nhôm, với độ bền kéo khoảng và độ giãn dài từ 1-10%, có độ dẻo dai (khả năng chịu biến dạng dẻo) rất tốt. Điều này có nghĩa là nó có thể hấp thụ năng lượng bằng cách biến dạng dẻo khi chịu va đập và khó bị đứt gãy. Do đó, nó phù hợp cho các vùng chịu va đập hoặc các bộ phận kết cấu chịu ứng suất cao.
Ngược lại, hợp kim magie, tuy có độ bền kéo kém hơn nhôm, lại có đặc tính độ cứng riêng rất cao. Điều này cho thấy nó nhẹ nhưng khó bị uốn cong, mang lại lợi thế cho các bộ phận cần độ cứng vững. Hơn nữa, nó có khả năng giảm chấn rung động tốt, phù hợp cho vỏ động cơ hoặc khung thiết bị điện tử, nơi thường xuyên xảy ra rung động lặp lại, góp phần kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm tiếng ồn.
<div class=”data-box”>Dữ liệu chính: So sánh đặc tính của nhôm và magie– Tỷ trọng: Nhôm khoảng 2.7g/cm³ vs. Magie khoảng 1.8g/cm³- Lực cản cắt gọt: Magie khoảng 1/2 của nhôm- Khả năng đúc thành mỏng: Magie có thể đúc thành 0.5mm (Nguồn: Taiyo Parts)- Độ bền kéo: Hợp kim nhôm khoảng 320MPa vs. Hợp kim magie khoảng 240MPa (Nguồn: Aludiecasting)- Độ bền mỏi: Hợp kim magie 70～150MPa (Nguồn: Aludiecasting)
Nguồn: Sự khác biệt giữa đúc khuôn magie và đúc khuôn nhôm
Chi phí: Sự khác biệt về giá nguyên liệu và quy trình sản xuất
Đúc magie có xu hướng đắt hơn đúc nhôm về chi phí vật liệu. Điều này xuất phát từ chi phí tinh luyện magie và đặc thù của quy trình đúc. Tuy nhiên, không thể chỉ đánh giá dựa trên chi phí vật liệu đơn thuần.
Các yếu tố làm tăng chi phí của magie và tiềm năng giảm tổng chi phí
Magie có tính phản ứng cao và dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khí, do đó, quá trình đúc đòi hỏi phải làm việc trong môi trường khí trơ và sử dụng lò nung đặc biệt. Điều này làm tăng chi phí đầu tư thiết bị và chi phí vận hành, dẫn đến giá thành sản phẩm cao hơn. Tuy nhiên, chi phí ban đầu này có thể được bù đắp bằng hiệu quả giảm chi phí tổng thể của sản phẩm sau này.
Như đã đề cập, magie có khả năng gia công tuyệt vời, giúp tiết kiệm chi phí nhân công và chi phí dụng cụ nhờ rút ngắn thời gian gia công. Hơn nữa, việc giảm trọng lượng sản phẩm cuối cùng cũng góp phần giảm tổng chi phí trong toàn bộ vòng đời sản phẩm, dưới dạng cải thiện hiệu quả nhiên liệu và giảm chi phí vận chuyển. Ngoài ra, hợp kim magie có khả năng tái chế cao, cũng tiềm ẩn khả năng giảm chi phí trong tương lai.
Xu hướng nhu cầu trong ngành công nghiệp ô tô
Thị trường đúc khuôn tại Nhật Bản đang có xu hướng giảm sản lượng do nhu cầu sụt giảm từ ngành công nghiệp ô tô, nhưng về giá trị lại đang tăng. Điều này cho thấy nhu cầu đối với các bộ phận đúc khuôn có giá trị gia tăng cao đang tăng lên. Đặc biệt, khi quá trình điện khí hóa (EV hóa) ô tô ngày càng tiến triển, nhu cầu giảm trọng lượng để bù đắp cho trọng lượng tăng thêm từ pin ngày càng cao. Nhu cầu về magie được sử dụng trong các bộ phận ô tô được dự đoán sẽ tăng hơn gấp đôi từ năm 2016 đến năm 2026, cho thấy tầm quan trọng của đúc magie sẽ ngày càng tăng trong tương lai.
Tổng kết
Đúc nhôm và đúc magie đều là những vật liệu nhẹ tuyệt vời, nhưng đặc tính và lĩnh vực ứng dụng của chúng khác biệt rõ ràng. Đúc magie là lựa chọn tối ưu cho các bộ phận cần giảm trọng lượng tối đa, với tỷ trọng chỉ bằng khoảng 2/3 so với nhôm. Độ bền riêng cao và khả năng giảm chấn rung động cũng mang lại lợi thế cho các thiết bị điện tử và các bộ phận chuyển động cần độ cứng và độ bền cao. Ngược lại, đúc nhôm với độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, phù hợp với các bộ phận kết cấu và vùng chịu va đập cần khả năng hấp thụ xung lực.
Về mặt chi phí, magie có xu hướng đắt hơn nhôm do giá vật liệu và quy trình đúc đặc biệt, nhưng cần phải xem xét hiệu quả giảm tổng chi phí nhờ khả năng gia công tuyệt vời và việc giảm trọng lượng của sản phẩm cuối cùng. Đặc biệt, nhu cầu giảm trọng lượng ngày càng cao trong ngành công nghiệp ô tô đang thúc đẩy sự mở rộng của thị trường đúc magie.
Chìa khóa để nâng cao năng lực cạnh tranh trong quá trình phát triển sản phẩm của quý vị là xác định rõ yếu tố nào là quan trọng nhất – liệu đó là “giảm trọng lượng”, “độ bền”, hay “chi phí” – và sau đó hiểu rõ các đặc tính của từng vật liệu để đưa ra lựa chọn tối ưu. Tại Daiwa Aluminum Vietnam, chúng tôi am hiểu sâu sắc các đặc tính này và sẽ đề xuất giải pháp đúc tối ưu nhất để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng.