Công nghiệp ngành sản xuất, lắp ráp ô tô ở Việt Nam hiện mới chỉ sản xuất được một số nhóm linh kiện, phụ tùng như: các chi tiết kết cấu thành khung gầm xe, thùng xe, vỏ cabin, cửa xe, săm lốp, bộ tản nhiệt, dây phanh, dây dẫn điện, trục dẫn, vành bánh xe, nhíp lò xo, ống xả, ruột két nước… Bên cạnh đó, một số chi tiết tổng thành ô tô sản xuất như: ghế, kính bên cạnh và nhíp ô tô cho thương mại, cản trước và sau, một số chi tiết cao su… trong nước cũng đã sản xuất được.

Tuy nhiên, những chi tiết kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi trình độ cao, các nhà sản xuất, lắp ráp ô tô tại Việt Nam vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài. Những chi tiết trong hệ thống động cơ ô tô nước ta hoàn toàn chưa sản xuất được. Những cụm chi tiết này chính là bộ phân quan trọng nhất của ô tô. Nguyên nhân chính khiến chưa sản xuất được đó chính là không chủ động được nguồn nguyên liệu, quy trình công nghệ cũng như giải pháp chế tạo. Trong động cơ ô tô có nhiều bộ phận nhưng piston là bộ phận quan trọng. Piston là một bộ phận quan trọng trong động cơ có nhiệm vụ nhận lực của khí thể trong kì nổ để làm quay trục khuỷu rồi nhận lực quán tính của trục khuỷu được tích lũy trong bánh đà thông qua hệ thống thanh truyền để chuyển động lên xuống trong xylanh. Piston tiếp xúc trực tiếp với khí cháy sản phẩm cháy nhiệt độ cao chịu lực khí thể lớn, vì thế mà vật liệu chế tạo piston cần phải chịu được mài mòn, sức bền lớn, nhẹ để hạn chế lực quán tính, hệ số giãn nở theo chiều ngang nhỏ chống bó cứng trong xylanh khi động cơ làm việc nhiệt độ cao.

Hợp kim nhôm có ưu điểm nhẹ, hệ số dẫn nhiệt tốt, dễ đúc, hệ số ma sát với xylanh bằng gang nhỏ nhưng hệ số giãn nở lớn nên phải làm khe hở lớn gây dễ lọt khí, giá thành cao. Về công nghệ chế tạo chi tiết thì hiện nay sử dụng chính là phương pháp đúc áp lực với một số đặc điểm và hạn chế như sau: Các sản phẩm đúc áp lực cao thường có bề dày từ 0,8 mm đến 10 mm, nhưng trên thực tế thì bề dày 2 mm đến 6 mm sẽ cho kết quả đúc tốt nhất. Tuy nhiên, trong phương pháp đúc áp lực cao kim loại lỏng điền đầy hốc khuôn đi qua rãnh dẫn với vận tốc cao, dẫn tới dòng chảy trong khuôn là dòng phân tán hoặc dòng chảy rối và đây chính là nguyên nhân tạo ra các oxit, rỗ xốp gây khó khăn cho quá trình xử lý nhiệt sau đó. Việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ đúc hợp kim nhôm cho piston ô tô nhằm giảm thiểu các hạn chế trên là rất cần thiết. Chính vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo hợp kim nhôm làm piston là đặc biệt quan trọng vì góp phần nội địa hóa sản phẩm ô tô Việt Nam. Từ thực tế trên, nhóm nghiên cứu của ThS. Nguyễn Danh Chấn tại Trường Đại học Giao thông vận tải TP. Hồ Chí Minh đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo piston ô tô bằng hợp kim nhôm đúc có độ bền cao, giá thành thấp phục vụ nội địa hóa sản phẩm” từ năm 2020 đến năm 2021.

Đề tài nhằm thực hiện các mục tiêu sau: tìm hiểu và phân tích tổng quan và các giải pháp công nghệ về hợp kim nhôm và các ứng dụng của hợp kim nhôm trong ngành sản xuất ô tô; tính toán, thiết kế quy trình đúc và chế tạo piston bằng hợp kim nhôm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đối với piston sử dụng trên ô tô; xây dựng quy trình xử lý nhiệt hợp kim nhôm đúc nhằm nâng cao các tính chất cơ tính của piston; cũng như xây dựng và khảo sát các thử nghiệm về cơ tính và tổ chức tế vi của các mẫu sản phẩm piston hợp kim nhôm sau đúc nhằm đánh giá độ tin cậy và các thông số kỹ thuật của piston.

Đề tài đã thu được các kết quả nổi bật như sau:

· Chế tạo thành công piston cho động cơ ôtô cấu tạo từ hai hợp kim nhôm bằng quy trình đúc ly tâm. Loại piston này chứa hai loại hợp kim, mà mỗi loại trong số chúng có thể đáp ứng các yêu cầu cơ học của piston như độ cứng và độ mòn.

· Giá trị độ cứng trung bình được cải thiện với quy trình đúc ly tâm so với quy trình đúc vĩnh cửu.

· Sử dụng quy trình đúc ly tâm, các giá trị độ cứng trung bình tăng lên khi tốc độ quay của khuôn đúc tăng lên và giảm khi tăng nhiệt độ rót.

· Giá trị độ cứng trung bình cao nhất được tìm thấy ở vùng váy piston (126,5 HV) sử dụng nhiệt độ rót 740°C và tốc độ của khuôn quay 40 vòng/phút.

· Tính chất mòn được cải thiện bằng cách sử dụng quy trình đúc ly tâm so với quy trình đúc vĩnh viễn;

· Các giá trị giảm khối lượng giảm khi tăng tốc độ quay của khuôn đúc và tăng khi tăng nhiệt độ rót trong quá trình đúc ly tâm;

· Sự sụt giảm khối lượng của vùng váy piston (hợp kim A) ít hơn so với các vùng khác.

· Nhiệt độ rót 740°C và tốc độ quay của khuôn là 40 vòng/phút cho thấy trạng thái mài mòn tốt nhất (giá trị giảm khối lượng tối thiểu là 8,1 mg).

· Tính chất cơ học của hợp kim piston gốc Al phụ thuộc phần lớn vào quá trình nhiệt luyện. Do đó, các đặc tính của nhiệt luyện đóng một vai trò quan trọng đối với sự kết hợp tốt giữa cấu trúc vi mô và các đặc tính cơ học.

· Sự gia tăng hàm lượng silic trong các hợp kim gốc Al cũng làm tăng độ cứng và độ bền kéo kèm theo giảm độ giãn dài. Cần có nhiều nghiên cứu hơn để hiểu rõ hơn về các cơ chế gây tăng độ cứng trong hợp kim piston gốc Al.

· Độ dẻo (% độ giãn dài) của hợp kim đúc dựa trên Al giảm theo hàm lượng Si.

Việc thiết kế và chế tạo thành công các mẫu piston trang bị trong động cơ ô tô tại Việt Nam có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tự chủ về công nghệ sản xuất phụ trợ cho ngành ô tô. Hơn nữa, nó cũng góp phần rất quan trọng vào việc nội địa hóa các sản phẩm và giảm giá thành sản phẩm cũng như tăng sức cạnh tranh cho ngành công nghiệp ô tô trong nước.