Với xu hướng hướng tới giảm trọng lượng, hợp kim magiê đã trở thành một vật liệu phổ biến do mật độ thấp và các ưu điểm khác của chúng. Bài viết này trình bày chi tiết ba công nghệ tạo hình chính của nó: đúc (bao gồm đúc khuôn cát, đúc khuôn kim loại và đúc áp lực), biến dạng (ép đùn, cán và rèn) và đúc phun bán rắn. Nó phân tích những ưu điểm và nhược điểm của từng công nghệ và ứng dụng của chúng, đồng thời mong muốn những nâng cấp công nghệ trong tương lai và việc áp dụng rộng rãi công nghệ bán rắn. 



 

Bối cảnh
 

Trong kỷ nguyên theo đuổi hiệu quả và bảo vệ môi trường, giảm trọng lượng đã trở thành một hướng đi quan trọng cho sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp. Từ ô tô đến hàng không vũ trụ, từ thiết bị điện tử đến thiết bị y tế, việc giảm trọng lượng sản phẩm không chỉ làm giảm tiêu thụ năng lượng và cải thiện hiệu suất mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững. Trong cuộc đua giảm trọng lượng này, hợp kim magiê đã trở thành một "vật liệu ngôi sao" được mong đợi cao do những ưu điểm độc đáo của nó.

Hợp kim magiê, là hợp kim dựa trên magiê và được cấu tạo từ các nguyên tố khác, có nhiều ưu điểm như mật độ thấp, độ bền riêng cao, khả năng hấp thụ va đập tốt và khả năng che chắn điện từ mạnh mẽ. Mật độ của chúng xấp xỉ 2/3 so với hợp kim nhôm và 1/4 so với thép, khiến chúng có triển vọng cao đối với các ứng dụng tìm kiếm sự giảm trọng lượng. Ví dụ, trong ngành công nghiệp ô tô, việc sử dụng hợp kim magiê để sản xuất các bộ phận có thể làm giảm hiệu quả trọng lượng xe, từ đó giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải. Theo nghiên cứu liên quan, cứ giảm 10% trọng lượng xe thì hiệu quả sử dụng nhiên liệu có thể cải thiện từ 6%-8%, điều này rất quan trọng để đạt được các mục tiêu bảo tồn năng lượng và giảm phát thải.

Hợp kim magiê cũng đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Vì các phương tiện hàng không vũ trụ cực kỳ nhạy cảm với trọng lượng, mỗi kilogam giảm trọng lượng có thể mang lại những lợi ích đáng kể như tiết kiệm nhiên liệu và tăng phạm vi hoạt động. Mật độ thấp và độ bền riêng cao của hợp kim magiê khiến chúng trở thành vật liệu lý tưởng để sản xuất các bộ phận hàng không vũ trụ, cho phép giảm trọng lượng trong khi vẫn duy trì độ bền kết cấu.




 

Hợp kim magiê chủ yếu được phân loại thành hợp kim magiê đúc và hợp kim magiê biến dạng dựa trên quy trình tạo hình của chúng. Các phương pháp tạo hình chính như sau: Hợp kim magiê đúc chủ yếu thu được thông qua đúc. Điều này bao gồm đúc khuôn cát, đúc khuôn kim loại và đúc áp lực (đúc khuôn). Trong số đó, đúc khuôn là công nghệ trưởng thành và được sử dụng rộng rãi nhất; hiện nay, hơn 90% sản phẩm hợp kim magiê được tạo hình bằng đúc khuôn. Đúc phun bán rắn cho vòi phun cũng sử dụng hợp kim magiê đúc làm nguyên liệu thô.

Hợp kim magiê biến dạng được sản xuất bằng cách biến dạng thành tấm, thanh, ống, hình dạng và rèn có nhiều kích cỡ khác nhau. Các bộ phận có độ bền cao, độ dẻo cao có thể thu được thông qua việc kiểm soát vi cấu trúc vật liệu và các quy trình xử lý nhiệt.
 

Các công nghệ tạo hình chính cho hợp kim magiê đúc bao gồm:
 

1. Đúc khuôn cát: Giải pháp tùy chỉnh cho các bộ phận lớn và phức tạp
Đúc khuôn cát là một phương pháp đúc tương đối truyền thống. Nó sử dụng cát thạch anh, đất sét, v.v., làm vật liệu đúc và tạo thành khoang khuôn bằng cách tạo lõi thủ công hoặc cơ học và lắp ráp khuôn. Ưu điểm của phương pháp này là tốc độ làm nguội tương đối chậm của khuôn cát (khoảng 0,5-2℃/s) tạo điều kiện cho việc cấp liệu của vật đúc và tránh hiệu quả các khuyết tật như rỗ co ngót và vết nứt trong các bộ phận lớn. Do đó, đúc khuôn cát được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ để sản xuất các bộ phận kết cấu lớn, chẳng hạn như vỏ máy bay trực thăng và giá đỡ vệ tinh.

Tuy nhiên, đúc khuôn cát cũng có một số hạn chế. Chu kỳ sản xuất của nó tương đối dài, thường yêu cầu 3-5 ngày để sản xuất một sản phẩm duy nhất và độ chính xác về kích thước của nó tương đối thấp, với dung sai từ ±1-3mm. Điều này làm cho đúc khuôn cát phù hợp hơn để sản xuất các lô nhỏ các bộ phận có giá trị cao.

2. Đúc khuôn kim loại: Một lựa chọn hiệu quả cao cho sản xuất hàng loạt các bộ phận nhỏ và vừa. Đúc khuôn kim loại sử dụng khuôn vĩnh cửu làm bằng thép (tức là khuôn kim loại). Hợp kim magiê lỏng được đổ trực tiếp vào khuôn và khuôn tự lấp đầy dưới tác dụng của trọng lực. So với đúc khuôn cát, khuôn kim loại nguội nhanh hơn nhiều (thường là 5-15℃/s), tinh chỉnh kích thước hạt và tạo ra các vật đúc có độ bền cao hơn 15%-20% so với các bộ phận đúc cát. Hơn nữa, khuôn kim loại có thể tái sử dụng, với tuổi thọ vượt quá 100.000 chu kỳ, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất—cao hơn 5-10 lần so với đúc khuôn cát.