Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phát triển công nghệ đúc lưu biến-áp lực (rheo- diecasting) cho hợp kim nhôm A356

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:140

Thêm vào BST

Báo xấu

82
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án: Xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản của quá trình rheo-die casting tới sự hình thành tổ chức và tính chất của hợp kim A356; ứng dụng công nghệ đúc “Lưu biến- áp lực” (rheo-diecasting) vào việc chế tạo các sản phẩm từ hợp kim nhôm có độ bền cao trong ngành chế máy động lực.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phát triển công nghệ đúc lưu biến-áp lực (rheo- diecasting) cho hợp kim nhôm A356

LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Hồng Hải và TS. Nguyễn Văn Chƣơng, những ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo và động viên tôi thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Vật liệu và Công nghệ đúc, phòng Thí nghiệm tập trung Công nghệ Vật liệu Kim loại, các bộ môn khác thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Trung tâm đào tạo và bồi dƣỡng sau đại học, đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Công nghệ đã động viên và tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn ông Pieter giám đốc phát triển phần mềm MaGma khu vực Đông Nam á đã giúp đỡ tôi về mô phỏng thiết kế công nghệ đúc áp lực- bán lỏng. Xin cảm ơn các Anh, Chị và các Bạn đồng nghiệp tại phòng Thí nghiệm Công nghệ và các Hợp kim đúc, phòng Kiểm định Vật liệu, phòng Thí nghiệm Khuôn kim loại thuộc Viện Công nghệ đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong việc hoàn thành phần thực nghiệm của luận án này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và ngƣời thân vì những tình cảm quý giá, sự động viên khích lệ và mong muốn tôi sớm hoàn thành luận án. I
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Tiến Tài Hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Hồng Hải 2. TS. Nguyễn Văn Chương II
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. VII DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... IX DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................................X MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 5 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN ....................................................................................... 9 1.1. Đúc áp lực ....................................................................................................... 9 1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của phƣơng pháp đúc áp lực ................ 9 1.1.2. Đặc điểm của quá trình đúc áp lực cao .................................................. 12 1.2. Công nghệ đúc bán lỏng ................................................................................ 15 1.2.1. Các dạng công nghệ đúc bán lỏng ......................................................... 15 1.2.1.1. Đúc xúc biến ............................................................................................... 15 1.2.1.2. Đúc lƣu biến ............................................................................................... 16 1.2.2. Các phƣơng pháp công nghệ tạo vật liệu bán lỏng ................................ 17 1.2.3. Phối hợp giữa đúc lƣu biến- đúc áp lực (Rheo diecasting- RDC) ......... 21 1.3. Tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc ............................................................... 24 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 26 2.1. Ảnh hƣởng của áp lực đến tổ chức và tính chất của hợp kim ....................... 26 2.1.1. Ảnh hƣởng của áp lực đến các tính chất nhiệt lý ................................... 26 2.1.2. Ảnh hƣởng của áp lực đến cân bằng pha ............................................... 28 2.1.3. Ảnh hƣởng của áp lực tới các thông số của quá trình kết tinh .............. 29 2.1.4. Những thay đổi về cấu trúc của kim loại và hợp kim khi kết tinh dƣới áp lực..................................................................................................................... 30 2.2. Đặc điểm của quá trình điền đầy khuôn trong đúc áp lực............................. 32 2.2.1. Dòng chảy tầng ...................................................................................... 32 2.2.2. Dòng chảy rối ......................................................................................... 33 2.2.3. Dòng chảy phân tán ............................................................................... 33 2.3. Mô hình dòng chảy và phƣơng pháp tính toán động lực học chất lỏng ........ 33 2.3.1. Phần tử chất lỏng ................................................................................... 34 2.3.2. Phƣơng trình đặc trƣng dòng chảy......................................................... 34 2.3.3. Phƣơng trình liên tục.............................................................................. 34 2.3.4. Phƣơng trình bảo toàn khối lƣợng ......................................................... 35 2.3.5. Phƣơng trình bảo toàn mômen ............................................................... 35 2.3.6. Điều kiện nhiệt độ biên (Temperature boundrary condition) ................ 35 III
2.3.7. Trao đổi nhiệt trên miền biên của vùng rắn ........................................... 35 2.3.8. Điều kiện truyền nhiệt đối lƣu (convection boundary condition) .......... 36 2.3.9. Điều kiện truyền nhiệt bức xạ ................................................................ 36 2.3.10. Điều kiện truyền nhiệt kết hợp đối lƣu và bức xạ ................................ 36 2.4. Mô hình k- ................................................................................................... 36 2.5. Cơ sở lý thuyết về lƣu biến ........................................................................... 38 2.6. Cơ sở lý thuyết về quá trình tạo mầm [6] ..................................................... 40 2.6.1. Tạo mầm nội sinh (đồng thể) ................................................................. 40 2.6.2. Tạo mầm ngoại sinh (dị thể) [6] ........................................................... 42 2.7. Đặc điểm của hợp kim Al-Si ......................................................................... 44 CHƢƠNG III. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 47 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu.................................................................................... 47 3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................... 49 3.2.1. Các trang thiết bị sử dụng để nghiên cứu .............................................. 49 3.2.1.1. Thiết bị nấu luyện ....................................................................................... 49 3.2.1.2. Thiết bị khuấy bằng trục graphite ............................................................... 49 3.2.1.3. Thiết bị kiểm tra nhiệt độ ........................................................................... 50 3.2.1.4. Thiết bị đúc áp lực ...................................................................................... 51 3.2.1.5. Phần mềm mô phỏng số ............................................................................. 51 3.2.2. Các phƣơng pháp phân tích đánh giá .................................................... 53 3.2.2.1. Hiển vi quang học nghiên cứu tổ chức ...................................................... 53 3.2.2.2. Thiết bị đo độ cứng tế vi ............................................................................. 53 3.2.2.3. Hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ EDS .................................................... 54 3.2.2.4. Đo tỷ trọng .................................................................................................. 54 3.2.2.5. Đánh giá cơ tính ......................................................................................... 54 CHƢƠNG 4. THỰC NGHIỆM ................................................................................ 56 4.1. Tính toán thiết kế công nghệ khuôn đúc Lƣu biến- áp lực ........................... 56 4.1.1. Tính toán rãnh dẫn ................................................................................. 56 4.1.2. Tính toán hệ thống thông hơi cho khuôn Lƣu biến- áp lực [7].............. 57 4.2. Mô phỏng số quá trình công nghệ đúc Lƣu biến- áp lực .............................. 58 4.2.1. Mô hình vật liệu ..................................................................................... 59 4.2.2. Thông số công nghệ ............................................................................... 59 4.3. Thực nghiệm nấu luyện hợp kim nhôm A356 .............................................. 60 4.3.1. Chuẩn bị chất sơn bảo vệ nồi nấu .......................................................... 60 4.3.2. Chuẩn bị chất sơn dụng cụ (gáo múc, chụp khử khí, que khuấy) .......... 60 4.3.3. Chuẩn bị lò nấu ...................................................................................... 60 4.3.4. Chuẩn bị vật liệu .................................................................................... 60 4.3.5. Chuẩn bị chất biến tính, tinh luyện ........................................................ 61 IV
4.3.6. Nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm đúc áp lực ................................. 61 4.4. Thực nghiệm chế tạo phôi mẫu đúc Lƣu biến- áp lực .................................. 62 4.4.1. Chuẩn bị thiết bị khuấy bán lỏng ........................................................... 62 4.4.2. Chuẩn bị thiết bị đúc áp lực ................................................................... 62 4.4.2.1. Các thao tác lắp bộ khuôn........................................................................... 62 4.4.2.2. Chuẩn bị hỗn hợp sơn tách khuôn .............................................................. 63 4.4.2.3. Chuẩn bị dầu bôi trơn đầu pisttông ............................................................ 63 4.4.2.4. Lập trình chế độ đúc áp lực ........................................................................ 63 4.4.3. Chế tạo mẫu thử ..................................................................................... 65 CHƢƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN ............................................................. 69 5.1. Kết quả mô phỏng quá trình điền đầy khuôn ................................................ 69 5.1.1. Kết quả mô phỏng quá trình điền đầy khuôn với tỷ lệ giữa chiều dày rãnh dẫn h và chiều dày thành vật đúc H, h/H = 0,5........................................ 69 5.1.2. Kết quả mô phỏng quá trình điền đầy khuôn với tỷ lệ giữa chiều dày rãnh dẫn h và chiều dày thành vật đúc H, h/H = 0,7........................................ 73 5.1.3. Kết quả mô phỏng quá trình điền đầy khuôn với tỷ lệ giữa chiều dày rãnh dẫn h và chiều dày thành vật đúc H, h/H = 0,8........................................ 75 5.2. Kết quả mô phỏng các quá trình truyền nhiệt ............................................... 77 5.2.1. Trƣờng nhiệt độ của vật đúc .................................................................. 77 5.2.2. Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt và biến thiên nhiệt độ tại các vị trí tâm mẫu ................................................................................................................... 79 5.3. Tổ chức tế vi của mẫu đúc Lƣu biến-áp lực .................................................. 81 5.3.1. Sự hình thành pha nền............................................................................ 81 5.3.2. Sự hình thành cùng tinh ......................................................................... 89 5.4. Nghiên cứu phân tích cấu trúc ...................................................................... 92 5.5. Kết quả nghiên cứu về tỉ trọng của hợp kim A356 ....................................... 96 5.5.1. Các chế độ công nghệ ............................................................................ 96 5.5.2. Kết quả xác định tỷ trọng ....................................................................... 96 5.5.2.1. Kết quả xác định tỷ trọng theo chiều dọc mẫu ........................................... 98 5.5.2.2. Kết quả xác định tỷ trọng tại ba vị trí trên mẫu ........................................ 100 5.6. Kết quả nghiên cứu về độ cứng của hợp kim A356 .................................... 102 5.7. Kết quả nghiên cứu về độ bền kéo của hợp kim A356 ............................... 105 CHƢƠNG 6. ỨNG DỤNG CHẾ TẠO SẢN PHẨM ............................................ 108 6.1. Chế thử sản phẩm Thân bơm ...................................................................... 108 6.1.1. Tính toán rãnh dẫn ............................................................................... 108 6.1.2. Tính toán rãnh hơi ................................................................................ 109 6.1.3. Thiết kế khuôn đúc Lƣu biến- áp lực chi tiết thân bơm BRA50 ......... 109 V
6.1.4. Kết quả chế tạo chi tiết thân bơm BRA50 ........................................... 111 6.2. Chế thử nắp hông động cơ RV125 .............................................................. 113 6.2.1. Tính toán rãnh dẫn ............................................................................... 114 6.2.2. Tính toán rãnh hơi ................................................................................ 114 6.2.3. Thiết kế khuôn đúc Lƣu biến- áp lực chi tiết nắp hông RV125 .......... 114 6.2.4. Kết quả chế tạo chi tiết nắp hông RV125 ............................................ 116 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 122 PHỤ LỤC 1 ............................................................................................................ 125 PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................ 126 VI
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT HPDC Đúc áp lực SSM Công nghệ bán lỏng MHD Khuấy thủy động lực từ SIMA Kích hoạt pha lỏng dƣới ứng suất RAP Kết tinh lại và nấu chảy một phần NRC Đúc lƣu biến mới SSTT Chuyển biến nhiệt bán lỏng RDC Đúc lƣu biến- áp lực  Ứng suất cắt, [Pa]   Tốc độ cắt, [s-1] k Hệ số liên quan đến độ nhớt  Ứng suất chảy tĩnh, [Pa] N Tham số  Độ nhớt, [Pas] N Tần số, [Hz] Rkm Giới hạn bền kéo, [MPa] e Sự dịch chuyển  Góc thấm ƣớt, [0] Tđ Nhiệt độ đƣờng đặc, [0 C] Tl Nhiệt độ đƣờng lỏng, [0 C] T Độ giảm nhiệt độ, [0 C]  Dung dịch rắn hoà tan ít Si  Pha liên kim (Al5FeSi) fs Tỷ phần pha rắn, [%] fl Tỷ phần pha lỏng, [%] FCC Lập phƣơng tâm mặt AL Ký hiệu mẫu có áp lực M Ký hiệu mẫu trong khuôn mỏng Tk Ký hiệu nhiệt độ khuôn, [0 C] Tkh Ký hiệu nhiệt độ khuấy, [0 C] MIT Ký hiệu mẫu khuấy trục graphit Vkh Ký hiệu tốc độ khuấy, [vòng/phút] tkh Ký hiệu thời gian khuấy, [s] V1 Thể tích ở trạng thái lỏng, [m3] V2 Thể tích ở trạng thái rắn, [m3] Tp Độ chênh nhiệt độ nóng chảy dƣới tác động của áp suất, [0 C] x Nồng độ mol của các cấu tử A (1-x) Nồng độ mol của các cấu tử B LA Ẩn nhiệt nóng chảy của cấu tử A LB Ẩn nhiệt nóng chảy của cấu tử B dp Độ chênh áp suất [MPa] D Hệ số khuếch tán δ Chiều dài bƣớc nhảy của nguyên tử η Độ nhớt của kim loại lỏng R Hằng số khí VII
ε Mức độ thiên tích nội hạt Cb Nồng độ nguyên tố hợp kim ở biên hạt Ct Nồng độ nguyên tố hợp kim ở tâm hạt N Mật độ lệch tƣơng đối B Hằng số tích phân C0 Nồng độ nguyên tố hợp kim VIII
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Sự thay đổi nhiệt độ nóng chảy dưới tác động của áp suất [47] ..................................... 27 Bảng 2.2. Ảnh hưởng của áp lực tới trọng lượng riêng của kim loại và hợp kim [47] .................... 28 Bảng 2.3. Độ quá nguội cần thiết để tạo mầm nội sinh ................................................................... 42 Bảng 3.1 Thành phần hợp kim A 356 ............................................................................................... 48 Bảng 4.1. Chiều dày rãnh hơi trên khuôn đúc ................................................................................. 58 Bảng 4.2. Khối lượng riêng của không khí phụ thuộc nhiệt độ........................................................ 58 Bảng 4.3. Các thông số nhiệt lý của vật đúc .................................................................................... 59 Bảng 4.4. Các thông số nhiệt lý của khuôn kim loại ........................................................................ 59 Bảng 5.1. Thành phần hóa học của hợp kim A356 .......................................................................... 81 Bảng 5.2. Ảnh hưởng của áp lực ép tĩnh đến tỷ trọng của hợp kim A356........................................ 98 Bảng 5.3. Độ cứng mẫu đúc Lưu biến-áp lực , áp lực ép tĩnh 200MPa......................................... 102 Bảng 5.4. So sánh độ cứng mẫu đúc Lưu biến-áp lực và đúc Áp lực, áp lực ép tĩnh 200MPa ..... 103 Bảng 5.5. Độ bền kéo và độ dãn dài của các mẫu đúc với công nghệ chế tạo khác nhau ............. 105 IX
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Rỗ khí xuất hiện tại vị trí bơm dầu của nắp hông động cơ ...................................................... 5 Hình 1.2. Bọt khí tại vị trí trục tay quay và đường bơm dầu ..................................................................... 6 Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống chân không hóa khuôn ép, buồng ép và khử khí kim loại lỏng trong chân không .......................................................................................................................................................... 6 Hình 1.4. Sơ đồ quá trình ô xy ................................................................................................................... 6 Hình 1.5. Mô hình dòng chảy rối (a), dòng chảy tầng (b) ......................................................................... 7 Hình 1.6. Dòng chảy trong đúc áp lực a, và đúc Lưu biến- áp lực b [32] ................................................. 7 Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý của máy đúc áp lực Sturgiss năm 1849 ........................................................... 9 Hình 1.8. Máy đúc áp lực Dusenbery năm 1877 ..................................................................................... 10 Hình 1.9. Sơ đồ máy đúc áp lực của công ty H.H Franklin chế tạo năm 1904 ....................................... 10 Hình 1.10. Các sản phẩm đúc áp lực cao trong lĩnh vực xe máy ............................................................. 11 Hình 1.11. Block động cơ diesel cho động cơ diesel turbo xe Honda Accord 2005, được sản xuất bởi công nghệ đúc Lưu biến- áp lực [28]. ...................................................................................................... 11 Hình 1.12. Sản phẩm nắp hông động cơ Diezel ....................................................................................... 12 Hình 1.13. Các sản phẩm dạng thanh, càng ............................................................................................ 12 Hình 1.14. Mô hình máy đúc áp lực cao có buồng ép nguội.................................................................... 13 Hình 1.15. Mô hình máy đúc áp lực cao có buồng ép nóng .................................................................... 13 Hình 1.16. Đồ thị vận tốc và áp suất buồng ép [9] ................................................................................. 14 Hình 1.17. Sơ đồ công nghệ đúc lưu biến và xúc biến ............................................................................. 15 Hình 1.18. Quá trình đúc xúc biến (Thixo-casting) [12] ......................................................................... 16 Hình 1.19. Quá trình đúc lưu biến ........................................................................................................... 16 Hình 1.20. Sơ đồ mô tả sự hình thành tinh thể dạng vê cạnh [12] .......................................................... 16 Hình 1.21. Minh hoạ có tính chất sơ đồ tiến trình nhiệt của các ............................................................. 17 phương pháp công nghệ bán lỏng khác nhau .......................................................................................... 17 Hình 1.22. Phương pháp nhiệt trực tiếp [44] .......................................................................................... 18 Hình 1.23. Sơ đồ nguyên lý phương pháp MIT mới [43] ........................................................................ 20 Hình 1.24 Tổ chức tế vi của hợp kim A356 đạt được bằng phương pháp MIT mới. Kích thước hạt trung bình ~ 100m [43] ................................................................................................................................... 20 Hình 1.25. Sơ đồ minh họa các bước trong phương pháp đúc GISS [27] ............................................... 20 Hình 1.26. Sơ đồ hệ thống đúc rheo-diecasting dùng vít tải [21] ............................................................ 21 Hình 1.27. So sánh cơ tính đạt được bằng các phương pháp đúc khác nhau [21] .................................. 21 Hình 1.28. Mô tả phương pháp ―Đúc áp lực- GISS‖[27] ........................................................................ 22 Hình 1.29. Sơ đồ hệ thống thiết bị trong phương pháp Hong-nanocasting [29] ..................................... 23 Hình1.30. Sơ đồ quá trình đúc lưu biến-áp lực với kênh dẫn uốn khúc................................................... 23 Hình1.31. Mẫu kiểm tra độ bền kéo ......................................................................................................... 23 X
Hình 1.32. Sơ đồ hệ thống công nghệ đúc Lưu biến- áp lực .................................................................... 25 Hình 2.1. Sự dịch chuyển của giản đồ pha dưới tác động của áp suất .................................................... 27 Hình 2.2. Ảnh hưởng của áp suất tới giản đồ pha Al-Si [47] .................................................................. 29 Hình 2.3. Dòng chảy tầng ........................................................................................................................ 32 Hình 2.5. Dòng chảy phân tán ................................................................................................................. 33 Hình 2.4. Dòng chảy rối ........................................................................................................................... 33 Hình 2.6. Phần tử chất lỏng trong không gian 3 chiều [13] ................................................................... 34 Hình 2.7. Mô hình dòng chảy và phần tử khối hữu hạn [13] ................................................................... 34 Hình 2.8. Quan hệ giữa tốc độ cắt, tỷ phần pha rắn và độ nhớt biểu kiến[26] ....................................... 38 Hình 2.9. Quan hệ ứng suất cắt-tốc độ cắt và độ nhớt-tốc độ cắt đối với một số dạng hành vi lưu biến [25] ........................................................................................................................................................... 39 Hình 2.10. Sự thay đổi của tốc độ cắt và ứng suất cắt sau thời gian nghỉ [46] ....................................... 40 Hình 2.11. Năng lượng tự do của cụm nguyên tử như hàm của bán kính ............................................... 41 Hình 2.12. Tạo mầm đồng thể và dị thể ................................................................................................... 42 Hình 2.13. So sánh giữa 2 quá trình tạo mầm đồng thể và dị thể. ........................................................... 43 Hình 2.14. Góc thấm ướt  giữa mầm và vật rắn dị thể........................................................................... 43 Hình 2.15. Hàm f() với những góc thấm ướt đặc trưng ......................................................................... 44 Hình 2.16. Giản đồ pha Al-Si và các dạng tổ chức .................................................................................. 45 Hình 2.17. Ảnh hưởng của % Si tới cơ tính của Silumin (độ bền Rm, độ dẻo A5) [11] ......................... 45 Hình 2.18. Pha liên kim  (Al-Fe-Si) có dạng hình tấm thô làm giảm đáng kể cơ tính .......................... 46 Hình 3.1. Các họ hợp kim nhôm[14]........................................................................................................ 47 Hình 3.2. Tổ chức dạng hạt và nhánh cây trong mẫu hợp kim A356 khi làm nguội với tốc độ 0.6 0 C/s[35] .................................................................................................................................................... 48 Hình 3.3. Tổ chức của mẫu hợp kim A356 được làm nguội với tốc độ 0.6 0C/s (quan sát vùng cùng tinh)48 Hình 3.4. Tổ chức tế vi của mẫu A356 khi làm nguội với tốc độ 0.2 0C/s ................................................ 48 Hình 3.5. Lò điện trở dung tích 150kg/mẻ cho nấu hợp kim nhôm .......................................................... 49 Hình 3.6. Thiết bị tạo mầm bằng trục graphite ........................................................................................ 50 Hình 3.7. Đồng hồ đo nhiệt độ không tiếp xúc Raytek: RAYRPM40LU3 ................................................ 51 Hình 3.8. Đồng hồ đo nhiệt độ trực tiếp SEIKO: TC-550........................................................................ 51 Hình 3.9. Máy đúc áp lực ZDC420TPS.................................................................................................... 51 Hình 3.10. Sơ đồ quá trình mô phỏng số.................................................................................................. 52 Hình 3.11. Thiết bị hiển vi quang học LeicaDM4000M ........................................................................... 53 Hình 3.12. Thiết bị đo độ cứng tế vi FM – 700 ........................................................................................ 53 Hình 3.13. Hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ EDS ................................................................................. 54 Hình 3.14. Thiết bị cân tỷ trọng ............................................................................................................... 54 Hình 3.15. Mẫu đúc áp lực....................................................................................................................... 55 XI
Hình 3.16. Mẫu kiểm tra độ bền kéo, độ cứng ......................................................................................... 55 Hình 3.17. Máy thử kéo vạn năng Super ―L‖, Model 400 của hãng Tinius Olsen (Mỹ) ......................... 55 Hình 3.18. Mẫu đo độ cứng...................................................................................................................... 55 Hình 3.19. Mẫu đo tỷ trọng ...................................................................................................................... 55 Hình 4.1. Mô hình khuôn đúc áp lực, vật đúc .......................................................................................... 60 Hình 4.2. Bảng điều khiển của máy đúc áp lực cao 420 tấn .................................................................... 63 Hình 4.3. Các giai đoạn chuyển động chính của piston........................................................................... 64 Hình 4.4. Thiết bị khuấy bán lỏng bằng trục graphite ............................................................................. 67 Hình 4.5. Mẫu thử sau đúc ....................................................................................................................... 68 Hình 4.6. Mẫu thử đã gia công ................................................................................................................ 68 Hình 5.1. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=79%, h/H=0,5 ........................... 69 Hình 5.2. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=89%, h/H=0,5 ........................... 70 Hình 5.3. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=94%, h/H=0,5 ........................... 70 Hình 5.4. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=84%, h/H=0,5 ........................... 71 Hình 5.5. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=88%, h/H=0,5 ........................... 72 Hình 5.6. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=93%, h/H=0,5 ........................... 72 Hình 5.7. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=77%, h/H=0,7 ........................... 73 Hình 5.8. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=92%, h/H=0,7 ........................... 74 Hình 5.9. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=94%, h/H=0,7 ........................... 74 Hình 5.10. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=90%, h/H=0,8 ......................... 75 Hình 5.11. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=95%, h/H=0,8 ......................... 76 Hình 5.12. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=97%, h/H=0,8 ......................... 76 Hình 5.13. Trường nhiệt độ của vật đúc với áp suất 1atm, nhiệt độ rót là 6100C ................................... 78 Hình 5.14. Trường nhiệt độ của vật đúc với áp suất 185MPa, nhiệt độ rót là 6100C ............................. 78 Hình 5.15. Trường nhiệt độ của vật đúc với áp suất 205MPa, nhiệt độ rót là 6100C ............................. 79 Hình 5.16. Phân bổ nhiệt độ trên mặt cắt của mẫu đúc tại thời điểm 3s với áp suất 1atm, nhiệt độ rót là 6100C ........................................................................................................................................................ 79 Hình 5.17. Biến thiên nhiệt độ tại các vị trí tâm của mẫu đúc đến thời điểm 7s với áp suất 1atm, nhiệt độ rót là 6100C ......................................................................................................................................... 79 Hình 5.18. Phân bổ nhiệt độ trên mặt cắt của vật đúc tại thời điểm 3s với áp lực 185MPa, nhiệt độ rót là 6100C.................................................................................................................................................... 80 Hình 5.19. Biến thiên nhiệt độ tại các vị trí tâm của vật đúc đến thời điểm 7s với áp lực 185MPa, nhiệt độ rót là 6100C ......................................................................................................................................... 80 Hình 5.20. Phân bổ nhiệt độ trên mặt cắt của vật đúc tại thời điểm 3s với áp lực 205MPa, nhiệt độ rót là 6100C.................................................................................................................................................... 80 Hình 5.21. Biến thiên nhiệt độ tại các vị trí tâm của vật đúc đến thời điểm 7s với áp lực 205MPa, nhiệt độ rót là 6100C ......................................................................................................................................... 80 XII
Hình 5.22. Các tinh thể nhánh cây dạng cột ............................................................................................ 81 Hình 5.23. Ảnh tổ chức tế vi của hợp kim A356 rót từ trạng thái lỏng (6750 C) ..................................... 82 Hình 5.24. Ảnh tổ chức tế vi x500, Đúc áp lực Tk = 1550 C, Tr=6600C, Pt=200MPa ............................. 83 Hình 5.25. Ảnh tổ chức (x500): MIT-200, Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C, Tkh = 6250 C, Tr = 6100C, Pt=185MPa .............................................................................................................................................. 84 Hình 5.26. Ảnh tổ chức (x500): MIT-200, Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C, Tkh = 6250 C, Tr = 6100 C, Pt=190MPa .............................................................................................................................................. 84 Hình 5.27. Ảnh tổ chức (x500): MIT-200, Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C, Tkh = 6250 C, Tr = 6100 C, Pt=195MPa .............................................................................................................................................. 85 Hình 5.28. Ảnh tổ chức (x500): MIT-200, Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C, Tkh = 6250 C, Tr = 6100 C, Pt=200MPa .............................................................................................................................................. 85 Hình 5.29. Ảnh tổ chức (x500): MIT-200, Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C, Tkh = 6250C, Tr = 6100 C, Pt=205MPa .............................................................................................................................................. 86 Hình 5.30. Ảnh tổ chức (x1000): MIT-200, Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C,Tkh = 6250 C, Tr = 6100 C, Pt=205MPa .............................................................................................................................................. 87 Hình 5.31. a) Sự hình thành tổ chức nhánh cây trong quá trình đông đặc thông thường, b) Sự hình thành tổ chức khi mầm tạo ra nhiều và lớn lên cạnh tranh ..................................................................... 88 Hình 5.32. a) Hiển vi quang học cho thấy hành vi tạo bề mặt yếu của Si trong công nghệ đúc lưu biến- áp lực, b) Cùng tinh được hình thành trong những vùng không gian nhỏ giữa các hạt. ........................ 90 Hình 5.33. Ảnh hưởng của áp suất tới nhiệt độ nóng chảy và ranh giới pha giả ổn định trong kim loại và hợp kim ..................................................................................................................................................... 91 Hình 5.34. Hành vi ứng suất-biến dạng của vật liệu ròn và dẻo ............................................................. 93 Hình 5.35. a) Phá hủy cực dẻo; nút thắt cổ chai lớn (một điểm); b) Phá hủy dẻo vừa phải; nút thắt cổ chai thấy rõ; c) phá hủy ròn: không thắt cổ chai ..................................................................................... 93 Hình 5.36. Các giai đoạn phá hủy dai ..................................................................................................... 93 Hình 5.37. Cấu trúc đặc trưng của phá hủy dẻo: a) ―lúm đồng tiền‖; b) ―gỗ mục‖ .............................. 93 Hình 5.38. Mặt gẫy hình quạt. ................................................................................................................. 94 Mũi tên chỉ vị trí vết nứt xuất hiện ........................................................................................................... 94 Hình 5.39. a) Mặt cắt có tính chất sơ đồ cho thấy nứt phát triển xuyên qua tinh thể trong trường hợp phá hủy ròn xuyên tinh; b) Ảnh SEM mặt gãy của gang bền cao ............................................................ 94 Hình 5.40. a) Mặt cắt có tính chất sơ đồ cho thấy nứt phát triển dọc theo biên giới hạt trong trường hợp phá hủy ròn theo biên giới hạt; b) Ảnh SEM mặt gãy theo biên giới hạt................................................. 95 Hình 5.41. Mặt gẫy của mẫu MIT-200, Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C,....................................................... 95 Tkh = 6250 C, Tr = 6100 C, Pt=200MPa ................................................................................................... 95 Hình 5.42. Phân tích EDS ........................................................................................................................ 95 Hình 5.43. Các dạng xốp vi mô điển hình trong vật đúc nhôm ................................................................ 97 Hình 5.44. Sự hình thành rỗ khí vi mô trong vật đúc nhôm với hàm lượng khí cao ................................ 97 XIII
Hình 5.45. Mẫu kiểm tra tỷ trọng ............................................................................................................. 98 Hình 5.46. Tỷ trọng của mẫu đúc Lưu biến-áp lực , Áp lực với các áp suất ép tĩnh khác nhau .............. 98 Hình 5.47. Quan hệ phụ thuộc của hệ số thấm vào nhiệt độ vùng 2 pha hợp kim nhôm (1-Al9 và 2- Al4Si)[3] ................................................................................................................................................... 99 Hình 5.48. Việc lọc qua các tinh thể nhánh cây a) khó khăn hơn nhiều (trở lực lớn) so với qua các hạt cầu tròn b). ............................................................................................................................................. 100 Hình 5.49. Tỷ trọng tại 3 vùng trên mẫu đúc Lưu biến-áp lực và mẫu đúc Áp lực, áp suất ép tĩnh 200 MPa: (a) kết quả mô phỏng, (b, c) kết quả thực nghiệm ........................................................................ 100 Hình 5.50. Độ cứng của mẫu đúc Lưu biến-áp lực tại 3 vị trí với áp lực ép tĩnh 200MPa ................. 102 Hình 5.51. Độ cứng tại vị trí P1 ............................................................................................................. 103 Hình 5.52. Độ cứng tại vị trí P3 ............................................................................................................. 104 Hình 5.53. Độ cứng tại vị trí P2 ............................................................................................................. 104 Hình 5.54. Độ bền kéo của các mẫu đúc với công nghệ chế tạo khác nhau .......................................... 105 Hình 5.55. Chụp ảnh SEM mẫu đúc áp lực x5000 lần, mũ tên chỉ các bọt khí ...................................... 106 Hình 5.56. Chụp ảnh kim tương mẫu đúc áp lực x1000 lần, Si cùng tinh dạng tấm.............................. 106 Hình 5.57. Mẫu đúc áp lực và lưu biến- áp lực được nhiệt luyện ở nhiệt độ T = 5200 C, thời gian 2h107 Hình 6.1. Thiết kế rãnh dẫn chi tiết thân bơm BRA50 ........................................................................... 109 Hình 6.2. Nửa khuôn động thân bơm BRA 50 ........................................................................................ 110 Hình 6.3. Nửa khuôn tĩnh thân bơm BRA 50.......................................................................................... 110 Hình 6.4. Bộ khuôn đúc áp lực thân bơm BRA 50 ................................................................................. 110 Hình 6.5. Sản phẩm thân bơm trước (a) và sau hiệu chỉnh rãnh thoát hơi (b) ...................................... 111 Hình 6.6. Khuyết tật rỗ xốp trên vật đúc khi đúc áp lực (a) và không còn rỗ xốp (b) khi đúc Lưu biến- áp lực được so sánh với kết quả mô phỏng. ................................................................................................ 112 Hình 6.7. Đúc lưu biến- áp lực, áp suất ép tĩnh p3= 185 MPa .............................................................. 113 Hình 6.8. Đúc lưu biến- áp lực, áp suất ép tĩnh p3= 200 MPa .............................................................. 113 Hình 6.9. Bộ khuôn đúc Lưu biến- áp lực chi tiết nắp hông RV125 ...................................................... 115 Hình 6.10. Bộ khuôn đúc Lưu biến- áp lực chi tiết nắp hông RV125 đã chế tạo ................................... 115 Hình 6.11. Hình ảnh chi tiết RV 125 đúc bằng phương pháp Lưu biến- áp lực .................................... 116 Hình 6.12. Vị trí gia công que thăm dầu nắp hông RV125: a) chế tạo bằng phương pháp Lưu biến- áp lực, không còn bọt xốp; b) chế tạo bằng phương pháp đúc áp lực, còn bọt xốp ................................... 117 Hình 6.13. Vị trí trục khởi động nắp hông RV125: a) chế tạo bằng phương pháp Lưu biến- áp lực, không cònbọt xốp; b) chế tạo bằng phương pháp đúc áp lực, còn bọt xốp............................................ 117 Hình 6.14. Vị trí gia công đường bơm dầu nắp hông RV125; a) chế tạo bằng phương pháp Lưu biến- áp lực, không còn bọt xốp;b) chế tạo bằng phương pháp đúc áp lực, còn bọt xốp .................................... 117 XIV
MỞ ĐẦU 1. Tính cần thiết của luận án Hiện nay, nhu cầu sử dụng các các sản phẩm từ hợp kim có đặc tính kỹ thuật cao của các lĩnh vực công nghiệp trong nƣớc rất lớn, trong đó có các loại vật liệu đặc chủng phục vụ cho ngành công nghiệp chế tạo máy bay, ôtô, máy động lực… mà đa số các chi tiết này đều đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp đúc áp lực cao do áp lực có ảnh hƣởng rất tốt đến sự hình thành tổ chức và tính chất của hợp kim. Tuy nhiên, trong công nghệ đúc áp lực cao do vận tốc dòng chảy cao từ 20 đến 60 m/s, tạo nên dòng chảy rối, nên những vị trí có độ dày lớn thƣờng là nơi chứa các khuyết tật dạng khí. Những vị trí ụ dày, thông thƣờng là chỗ lắp ráp với các chi tiết khác nên đòi hỏi phải có độ sít chặt, độ bền cao. Các khuyết tật dạng khí xuất hiện ở đây chỉ đƣợc phát hiện khi đã gia công hoàn chỉnh, và sản phẩm bị coi là hàng phế phẩm. Để ngăn ngừa sự hình thành rỗ khí thì triệt để nhất là đúc trong chân không, song quá trình này rất tốn kém, đòi hỏi những thiết bị đắt tiền không phù hợp với thực tế sản xuất tại Việt nam. Nếu dòng chảy rối chuyển thành dòng chảy tầng thì sẽ ít bị cuốn khí hơn. Tuy nhiên, để đảm bảo đƣợc quá trình điền đầy trong khuôn là chảy tầng thì phải giảm vận tốc dòng chảy, hạ nhiệt độ của hợp kim đến vùng bán lỏng. Ở trạng thái bán lỏng độ nhớt của hợp kim sẽ tăng, khả năng điền đầy khuôn kém. Hiện tƣợng độ nhớt của hợp kim tăng cao khi giảm nhiệt độ xuống dƣới đƣờng lỏng có thể đƣợc khắc phục bằng cách khuấy ở trạng thái bán lỏng, vì vật liệu khi bị khuấy liên tục ở trạng thái bán lỏng sẽ có độ nhớt thấp hơn nhiều so với khi đƣợc làm nguội xuống trạng thái bán lỏng mà không khuấy. Nhƣ vậy, khi kết hợp giữa đúc áp lực và khuấy bán lỏng (đƣợc gọi là đúc lƣu biến-áp lực hay rheo-diecasting) thì có thể đạt đƣợc các hiệu quả sau: - Tăng hiệu quả tác động của áp lực trong quá trình kết tinh. - Vẫn đảm bảo đƣợc sự điền đầy khuôn do độ nhớt của kim loại lỏng không tăng khi nhiệt độ hạ thấp. - Dòng chảy rối và phân tán sẽ chuyển thành dòng chảy tầng nên ít cuốn khí hơn. Từ những điều nêu trên, nghiên cứu sinh lựa chọn hƣớng nghiên cứu là: “Nghiên cứu phát triển công nghệ đúc lưu biến- áp lực (rheo- diecasting) cho hợp kim nhôm A356”. 1
2. Mục đích nghiên cứu - Xác định ảnh hƣởng của các thông số công nghệ cơ bản của quá trình rheo-diecasting tới sự hình thành tổ chức và tính chất của hợp kim A356. - Ứng dụng công nghệ đúc “Lƣu biến- áp lực” (rheo-diecasting) vào việc chế tạo các sản phẩm từ hợp kim nhôm có độ bền cao trong ngành chế máy động lực”. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: hợp kim nhôm A356 - Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu, đánh giá trên các mẫu thử và ứng dụng để chế tạo một số sản phẩm trong ngành chế tạo máy bằng phƣơng pháp đúc “Lƣu biến- áp lực”. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ đúc “Lƣu biến- áp lực” - Nghiên cứu mô phỏng tính chất của dòng chẩy trong quá trình điền đầy khuôn bằng dòng kim loại ở trạng thái bán lỏng. - Nghiên cứu quá trình đông đặc và hình thành tổ chức của hợp kim trong công nghệ rheo- diecasting. - Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số công nghệ đúc Lƣu biến- áp lực (rheo- diecasting) đến các đặc tính cơ học (độ bền, độ cứng, tỷ trọng) của hợp kim A356. - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ rheo-diecasting để chế tạo một số sản phẩm trong ngành máy động lực. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, các tài liệu đã công bố kết hợp với thực tế về công nghệ đúc “Lƣu biến- áp lực”. - Nghiên cứu mô phỏng bằng các phần mềm MAGMAsoft và ANSYS - Nghiên cứu thực nghiệm trên mẫu: + Chế tạo các mẫu thử bằng phƣơng pháp công nghệ “Lƣu biến- áp lực” + Phân tích đánh giá tổ chức, kiểm tra cơ, lý, tính các mẫu thử đã đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp công nghệ “Lƣu biến- áp lực” - Kỹ thuật sử dụng: Các thông số về tính chất vật liệu của mẫu thử, sản phẩm sẽ đƣợc nghiên cứu, chế tạo và đo đạc nhƣ sau: + Dùng lò điện trở để nấu luyện hợp kim nhôm A356. 2
+ Sử dụng thiết bị phân tích quang phổ để xác định thành phần hóa học của hợp kim nhôm A356. + Dùng máy đúc áp lực để chế tạo mẫu thử và sản phẩm đặc trƣng. + Dùng các thiết bị kiểm định để xác định cơ tính của hợp kim (độ bền kéo, độ cứng) + Dùng hiển vi điện tử SEM và kỹ thuật EDS để phân tích, đánh giá cấu trúc của hợp kim. + Dùng kính hiển vi quang học để đánh giá tổ chức tế vi của hợp kim. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn *) Ý nghĩa khoa học - Là nghiên cứu đầu tiên về công nghệ Lƣu biến- áp lực (rheo-diecasting) ở Việt Nam, là cơ sở cho việc đổi mới công nghệ, ứng dụng tiến bộ KHKT. Kết quả nghiên cứu của luận án là định hƣớng về thiết kế công nghệ khuôn đúc “Lƣu biến- áp lực” và là cơ sở để lựa chọn vận tốc dòng chảy điền đầy hốc khuôn phù hợp cho mỗi loại sản phẩm có chiều dày thành vật đúc khác nhau. - Cho thấy ảnh hƣởng của áp lực ép tĩnh tới kích thƣớc hạt: khi tăng áp lực ép tĩnh đến 205 MPa đã xuất hiện nhóm hạt Al – α3 rất nhỏ mịn (khoảng 2-7 µm); không quan sát thấy nhóm hạt này khi áp lực ép tĩnh dƣới 200 MPa; ngoài ra tỷ trọng hợp kim cao hơn tới 2% so với khi áp lực ép tĩnh < 200 MPa. Đó là những đóng góp bổ sung vào khoa học đúc lƣu biến – áp lực. *) Ý nghĩa thực tiễn - Luận án đƣa ra các thông số công nghệ cơ bản của quá trình đúc áp lực-lƣu biến nhƣ: nhiệt độ rót, vận tốc dòng chẩy, áp lực ép trong mối quan hệ với chiều dày rãnh dẫn và chiều dày thành vật đúc, đã đƣợc kiểm chứng bằng việc đúc thử 02 sản phẩm của ngành Máy động lực. - Kết quả nghiên cứu của luận án có thể đƣợc tham khảo và áp dụng triển khai để sản xuất các chi tiết trong ngành chế tạo máy động lực, ô tô, xe máy nhằm thay thế các chi tiết có khối lƣợng lớn hơn đƣợc chế tạo từ gang, đáp ứng đƣợc nhu cầu sản xuất chi tiết đúc khối lƣợng nhẹ, loạt lớn và tăng hiệu suất sử dụng. 7. Những điểm mới của luận án 1. Đã chỉ ra đƣợc khi đúc với áp lực ép tĩnh > 200 MPa thì xuất hiện các hạt có kích thƣớc nhỏ mịn. Việc phân tích tổ chức tế vi đã phát hiện ra ảnh hƣởng rõ rệt của áp lực tới sự hình thành tổ chức: một độ quá nguội ở mức trên 2 K đã hình thành góp 3
phần làm cho các mầm kết tinh có kích thƣớc nhỏ có thể ”sống sót”, tạo ra những hạt tinh thể rất nhỏ mịn. 2. Đã xác định đƣợc mối quan hệ giữa tỉ số của chiều dày rãnh dẫn và chiều dày vật đúc với tốc độ ép để đảm bảo dòng chảy tầng trong khuôn đúc. 3. Đã phát hiện ra những ƣu điểm rõ rệt của phƣơng pháp đúc lƣu biến-áp lực: dòng chảy tầng và sự đồng đều hóa nhiệt độ của khối kim loại, khiến gradient nhiệt độ giảm và tạo điều kiện cho sự hình thành tổ chức đều trục cầu tròn phi nhánh cây. 4. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp giữa đúc lƣu biến và đúc áp lực mang lại những yếu tố thuận lợi nhằm tạo ra tổ chức phi nhánh cây nhỏ mịn và loại bỏ một dạng khuyết tật cơ bản của phƣơng pháp đúc áp lực là rỗ khí; đó là: - Tạo mầm dị thể trên trục khuấy - Tạo dòng chảy tầng khi điền đầy khuôn - Đồng đều hóa nhiệt độ của khối kim loại lỏng - Tạo một độ quá nguội bổ sung làm giảm kích thƣớc tới hạn của mầm. 5. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy việc kết hợp giữa đúc lƣu biến và đúc áp lực mang lại những yếu tố thuận lợi nhằm giảm thiểu một dạng khuyết tật điển hình của các sản phẩm đúc nói chung và đúc áp lực nói riêng là xốp tế vi bằng các yếu tố: - Giảm cuốn khí do dòng chảy tầng - Giảm lực cản cho quá trình ”nuôi” nhờ việc tạo ra các tinh thể dạng cầu tròn thay vì dạng nhánh cây - Thúc đẩy quá trình ”nuôi” nhờ áp lực. 8. Kiến nghị Thiết bị chế tạo vật liệu bán lỏng hệ thống tự động hóa còn thô sơ và chƣa có thiết bị rót tự động. Đề nghị có các nghiên cứu sâu hơn về việc kiểm soát nhiệt độ tự động trên khuôn đúc áp lực và buồng nạp cũng nhƣ thời gian rót vật liệu bán lỏng vào buồng nạp. 4
ĐẶT VẤN ĐỀ Một cách để cải thiện hiệu quả sử dụng nguyên nhiên liệu cho ngành công nghiệp ô tô đã đƣợc áp dụng trong sản xuất đúc nhôm hàng loạt là giảm trọng lƣợng của chi tiết đúc [45]. Công nghệ đúc áp lực cao (HPDC – High Pressure Die Casting) đã đáp ứng đƣợc nhu cầu này trong sản xuất chi tiết đúc khối lƣợng nhẹ. Có thể thấy rằng công nghệ đúc áp lực cao cho phép đúc các chi tiết có thành mỏng, phức tạp với bề mặt chi tiết đúc bóng đẹp và lƣợng dƣ gia công ít [18]. Các sản phẩm đúc áp lực cao thƣờng có bề dày từ 0,8 mm đến 10 mm, nhƣng trên thực tế thì bề dày 2 mm đến 6 mm sẽ cho kết quả đúc tốt nhất. Tuy nhiên, trong phƣơng 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. Một thí dụ khá điển hình là tại một công ty chế tạo phụ tùng ô tô, xe máy của nƣớc ngoài chi tiết nắp hông động cơ bị rỗ khí tại các vị trí có ụ dày (hình 1.1). Hình 1.1. Rỗ khí xuất hiện tại vị trí bơm dầu của nắp hông động cơ Hiện tƣợng rỗ xốp cũng thƣờng xảy ra tại một số Công ty đúc áp lực hoạt động tại Việt nam; thí dụ sản phẩm nắp hông động cơ Diesel RV125 bị bọt khí tại vị trí trục tay quay, đƣờng bơm dầu nhƣ trình bày ở hình 1.2. Hạn chế trên khiến cho phƣơng pháp đúc áp lực chủ yếu chỉ đƣợc ứng dụng để chế tạo các chi tiết kết cấu thành mỏng, bề mặt nhẵn đẹp, kích thƣớc chính xác và không đòi hỏi độ bền quá cao. Xốp khí tại những vị trí ụ dầy chính là nguyên nhân làm giảm độ bền đáng kể và chi tiết đúc không thể nhiệt luyện đƣợc. Để khắc phục nhƣợc điểm này trong công nghệ đúc áp lực ngƣời ta thƣờng phải đúc rót trong chân không, (hình 1.3) nhƣng chi phí rất tốn kém. Một cách khác đƣợc gọi là “quá trình ôxy”. Bản chất của nó là ngƣời ta thay thế không khí trong khuôn bằng ô xy (hình 1.4). Kết quả là các ôxyt kim loại đƣợc hình thành với kích thƣớc cực nhỏ và ít có hại hơn so với rỗ khí. 5
Bọt khí Hình 1.2. Bọt khí tại vị trí trục tay quay và đường bơm dầu Còn có một số phƣơng pháp khác để chống lại rỗ khí khi đúc áp lực cao nhƣ ép bằng piston kép (quá trình akyrad) hay ép cục bộ nhƣng đều rất tốn kém hoặc làm cho kết cấu của máy đúc áp lực trở nên rất phức tạp. Nếu đúc áp lực với kim loại ở trạng thái bán lỏng thì dòng chảy sẽ chuyển thành dòng chảy tầng do kim loại Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống chân không hóa khuôn ép, ở dạng sệt và sẽ ít bị cuốn khí hơn. Tuy buồng ép và khử khí kim loại lỏng trong chân không nhiên nhƣ vậy sẽ phải hạ nhiệt độ của hợp kim đến vùng bán lỏng và ở trạng thái này độ nhớt của hợp kim sẽ tăng, khả năng điền đầy trong khuôn kém. Để độ nhớt của hợp kim không tăng cao khi giảm nhiệt độ xuống dưới đường lỏng thì cần: Hình 1.4. Sơ đồ quá trình ô xy 6