Tóm tắt 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:24

Thêm vào BST

Báo xấu

119
lượt xem 13
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: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phát triển công nghệ đúc lưu biến- áp lực (rheo- diecasting) cho hợp kim nhôm A356

1 MỞ ĐẦU Trong công nghệ đúc áp lực cao, vận tốc dòng chảy cao từ 20-60 m/s, dễ cuốn khí, nên những vị trí có độ dày lớn thường là nơi chứa các khuyết tật dạng khí. 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. Khi kết hợp giữa đúc áp lực và khuấy bán lỏng thì 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 hướng nghiên cứu là: “Nghiên cứu phát triển công nghệ đúc lưu biến- áp lực (rheo- diecasting) cho hợp kim nhôm A356”. Mục đích nghiên cứu - 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”. Đối tượng 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 phương pháp đúc “Lưu biến- áp lực”. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ đúc “Lưu 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 hưởng của các thông số công nghệ đúc Lưu 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. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết,
2 các tài liệu đã công bố kết hợp với thực tế về công nghệ đúc “Lưu 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 phương pháp công nghệ “Lưu biến- áp lực” + Phân tích đánh giá tổ chức, kiểm tra cơ, lý, tính các mẫu thử đã được chế tạo bằng phương pháp công nghệ “Lưu biến- áp lực” Ý nghĩa khoa học và thực tiễn *) Ý nghĩa khoa học - Là nghiên cứu đầu tiên về công nghệ Lưu 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 hướng về thiết kế công nghệ khuôn đúc “Lưu 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 hưởng của áp lực ép tĩnh tới kích thước 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 dưới 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 lưu biến – áp lực. *) Ý nghĩa thực tiễn - Luận án đưa ra các thông số công nghệ cơ bản của quá trình đúc áp lực-lưu biến như: 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 được kiểm chứng bằng việc đúc thử 02 sản phẩm của ngành Máy động lực. - Kết quả nghiên cứu của luận án có thể được 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 lượng lớn hơn được chế tạo từ gang, đáp ứng được nhu cầu sản xuất chi tiết đúc khối lượng nhẹ, loạt lớn và tăng hiệu suất sử dụng.
3 Những điểm mới của luận án 1. Đã đưa ra phương pháp thiết kế khuôn mới phù hợp với công nghệ đúc lưu biến-áp lực và đã tìm ra những thông số công nghệ thích hợp để đảm bảo dòng chảy tầng khi điền đầy khuôn. 2. Đã phát hiện ra những ưu điểm rõ rệt của phương pháp đúc lưu 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. 3. Việc phân tích tổ chức tế vi đã phát hiện ra ảnh hưởng rõ rệt của áp lực (đặc biệt là ở mức trên 205 MPa) tới sự hình thành tổ chức: một độ quá nguội ở mức trên 2 K đã hình thành góp phần làm cho các mầm kết tinh có kích thước nhỏ có thể ”sống sót”, tạo ra những hạt tinh thể rất nhỏ mịn. 4. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp giữa đúc lưu 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 phương 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 thước tới hạn của mầm. 5. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy việc kết hợp giữa đúc lưu 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. Kiến nghị Thiết bị chế tạo vật liệu bán lỏng hệ thống tự động hóa còn thô sơ và chưa 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 như thời gian rót vật liệu bán lỏng vào buồng nạp.
4 ĐẶT VẤN ĐỀ 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 đúc áp lực cao, kim loại lỏng điền đầy hốc khuôn đi qua rãnh dẫn với vận tốc cao, dòng chảy trong khuôn là dòng phân tán và dòng chảy rối khi điền đầy khuôn là nguyên nhân tạo ra các oxit, rỗ xốp và gây khó khăn cho quá trình xử lý nhiệt. 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 được. Để khắc phục nhược điểm này trong công nghệ đúc áp lực người ta thường phải đúc rót trong chân không nhưng chi phí rất tốn kém. Nếu đúc áp lực với kim loại ở trạng thái bán lỏng thì dòng chảy sẽ chuyển thành dòng chảy tầng do kim loại ở dạng sệt và sẽ ít bị cuốn khí hơn. Tuy nhiên, như 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 rất kém. Để độ nhớt của hợp kim không tăng cao khi giảm nhiệt độ xuống dưới đường lỏng thì cần: - Khuấy kim loại ở trạng thái bán lỏng để bẻ gãy các nhánh cây nếu tỷ phần pha rắn tương đối lớn. - Đúc ở nhiệt độ gần liquidus (chủ yếu là tạo mầm dị thể) Như vậy khi kết hợp giữa đúc áp lực và khuấy bán lỏng thì rỗ khí có thể được khắc phục bởi 2 lý do: - Áp lực sẽ phân tán các phần tử ô xýt nhôm đều trong toàn bộ khối kim loại. - Dòng chảy rối và phân tán sẽ chuyển thành dòng chảy tầng nên ít cuốn khí hơn. Đó là lý do vì sao phương pháp công nghệ đúc lưu biến (rheocasting) thường được kết hợp với công nghệ đúc áp lực (diecasting) để cho ra đời một phương pháp mới là “Lưu biến- áp lực” (RDC- rheo-diecasting) cho kết quả rất tốt. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Đúc áp lực Đúc áp lực là một phương pháp sản xuất phôi nhằm tạo ra các chi tiết có kích thước chính xác do những chuyển động của dòng lưu chất kim lọai lỏng dưới tác dụng của áp suất. thay vì do trọng lực
5 như trong các phương pháp đúc thông thường khác. Quá trình đúc áp lực có thể mô tả như sau: kim loại lỏng được đưa vào khuôn bằng áp lực cao thông qua một bộ xylanh-piston nạp hay còn gọi là buồng nạp, hoặc buồng ép. Áp lực lớn, tốc độ nguội nhanh, sẽ làm cho sản phẩm đạt tổ chức hạt nhỏ mịn, tăng cơ tính. Có 2 kiểu công nghệ đúc áp lực là đúc áp lực buồng nguội (cold chamber) và đúc áp lực buồng nóng (hot chamber). Đúc áp lực có ưu điểm là giảm thiểu dung sai, bề mặt nhẵn, đảm bảo đồng đều chiều dày vật đúc. Sản phẩm đúc áp lực cao rất đa dạng về hình dáng và kết cấu, phục vụ trong nhiều lĩnh vực khác nhau như chế tạo chi tiết máy, thiết bị điện, y tế, giáo dục, hàng không…Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp này là cuốn khí, gây rỗ khí khiến độ xít chặt của vật đúc không cao, không nhiệt luyện được do khi nung ở nhiệt độ cao rỗ khí nở ra gây cong vênh chi tiết. 1.2. Công nghệ đúc bán lỏng 1.2.1. Các dạng công nghệ đúc bán lỏng Có hai phương pháp đúc bán lỏng chính: Quá trình đúc xúc biến (Thixocasting) và Quá trình đúc lưu biến (Rheocasting). 1.2.1.1. Đúc xúc biến Đầu tiên là chế tạo thanh cấp liệu có tổ chức và độ hạt theo yêu cầu. Sau đó, thanh cấp liệu được cắt thành từng đoạn nhỏ và nung cảm ứng đến nhiệt độ tồn tại trạng thái bán lỏng, rồi được chuyển đến máy đúc và ép vào khuôn với lực ép lớn. Ưu điểm của phương pháp: tiết kiệm năng lượng và dễ tự động hóa, hoàn toàn loại bỏ sự cuốn khí vào khuôn. Nhược điểm của phương pháp: chi phí đầu tư cao, thanh cấp liệu khó chế tạo và sản phẩm thừa (phế phẩm, hệ thống rót,…) không thể tái sử dụng cho các lần đúc sau, do đó hiện nay các nghiên cứu trên thế giới chủ yếu tập trung vào đúc lưu biến. 1.2.1.2. Đúc lưu biến Sau khi nấu luyện, hợp kim được làm nguội kết hợp khuấy trộn, sau đó được chuyển đến máy đúc và tạo hình với lực ép lớn. Ưu điểm của phương pháp lưu biến so với đúc xúc biến: đúc được nhiều loại hợp kim, sản phẩm thừa (phế phẩm, hệ thống rót,…) có thể dùng làm hồi liệu, có thể kết hợp với phương pháp đúc áp lực nên
6 giảm chi phí đầu tư ban đầu. Nhược điểm: khả năng tự động hóa không cao bằng đúc xúc biến. 1.2.3. Phối hợp giữa đúc lưu biến- đúc áp lực (Rheo diecasting- RDC) Các phương pháp đúc lưu biến có thể kết hợp được với phương pháp đúc áp lực là: khuấy thủy động từ, đúc gần nhiệt độ liquidus, phương pháp nhiệt trực tiếp, phương pháp MIT mới, phương pháp bán lỏng bằng sục khí để cho ra một phương pháp đúc mới là ”đúc lưu biến- áp lực”. Đây là một hướng đi mới trên thế giới trong lĩnh vực sản xuất các chi tiết từ hợp kim mầu nhẹ. 1.3. Tình hình nghiên cứu ở trong nước PGS.TS Nguyễn Hồng Hải đã thực hiện đề tài mã số KC02- 23/06-10 “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đúc bán lỏng để chế tạo các sản phẩm từ hợp kim nhôm có độ bền cao trong ngành chế tạo máy động lực, ô tô, xe máy”. Đề tài đã xác định được cửa sổ công nghệ của các quá trình khuấy điện từ và khuấy bằng trục graphite. Tiến sỹ Nguyễn Ngọc Tiến đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ đúc bán lỏng với hợp kim A356” bằng các phương pháp khuấy từ và tạo mầm cho kết quả rất khả quan. Kết luận: Trên cơ sở khảo sát và phân tích các nghiên cứu, các hệ thống thiết bị đúc bán lỏng như trên và trên một thực tế là ở Việt nam hiên nay, hầu hết các chi tiết máy động lực, ô tô, xe máy đều được đúc áp lực thì sự lựa chọn hệ thống thiết bị của Nghiên cứu sinh sử dụng để nghiên cứu sẽ dựa trên các nguyên tắc sau: 1. Kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc áp lực (Rheo-diecasting) 2. Bảo đảm sự linh hoạt của hệ thống bằng cách tích hợp giữa các thiết bị chế tạo mới và các thiết bị có sẵn. 3. Kế thừa và phát triển những kết quả nghiên cứu mà NCS đã đạt được khi thực hiện đề tài KC02-23/06-10. Phương pháp đúc lưu biến được lựa chọn là phương pháp MIT mới. Cơ sở lý thuyết của nó là tạo mầm dị thể, với tỷ phần pha rắn  10%, có ưu điểm là thời gian công nghệ ngắn, các thông số công nghệ được kiểm soát dễ dàng, chi phí ban đầu thấp và dễ dàng tích hợp vối các thiết bị sẵn có (lò nấu, máy đúc áp lực cao). Như vậy, chỉ cần kết hợp giữa thiết bị tạo vật liệu bán lỏng với máy đúc áp lực và lò nấu là có được công nghệ “Đúc Lưu biến- áp lực”. Điều này cho phép giảm chi phí đầu tư ban đầu nếu ứng dụng
7 trong công nghiệp và làm cho quá trình sản xuất trở nên linh hoạt (có thể chỉ đúc áp lực hoặc kết hợp giữa đúc áp lực với đúc bán lỏng). Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Ảnh hưởng của áp lực đến tổ chức và tính chất của hợp kim Các quá trình liên quan tới sự kết tinh và đông đặc dưới áp lực có thể chia thành 3 loại: - Áp lực dưới 200 MPa, được ứng dụng trong công nghiệp chủ yếu nhằm thay đổi hệ số trao đổi nhiệt giữa kim loại đang đông đặc và khuôn, đồng thời làm giảm độ xốp trong vật đúc. - Áp lực tới 3 GPa, tác động tức thời (trong khoảng 0,2s) nhằm tạo ra quá nguội và quá trình kết tinh nhanh sau đó. 2.1.1. Ảnh hưởng của áp lực đến các tính chất nhiệt lý Áp lực đặt lên kim loại lỏng trong quá trình kết tinh có ảnh hưởng đáng kể tới các thông số nhiệt lý như nhiệt độ nóng chảy, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt nóng chảy v.v… 2.1.2. Ảnh hưởng của áp lực đến cân bằng pha Sự thay đổi nhiệt độ nóng chảy (kết tinh) của kim loại và hợp kim là một trong những biểu hiện của ảnh hưởng của áp lực tới cân bằng pha. Ở đây không những có thay đổi về lượng, mà còn có thay đổi về chất: có thể xuất hiện các pha mới hoặc thay đổi tính chất các pha cũ. Việc nghiên cứu giản đồ pha có xét tới áp suất có một ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc tìm ra các hợp kim mới hoặc biến tính các hợp kim cũ: áp lực có thể làm thay đổi đáng kể giản đồ trạng thái, dịch chuyển các đường chuyển pha, hình thành các pha hoặc vùng pha. Bởi vậy bằng cách tác động áp lực lên kim loại trong quá trình kết tinh có thể làm thay đổi tổ chức, cơ tính và các tính chất khác của chúng. 2.1.3. Ảnh hưởng của áp lực tới các thông số của quá trình kết tinh Quá trình kết tinh bắt đầu từ việc hình thành các mầm kết tinh và sau đó là sự phát triển của chúng. Động học quá trình chuyển pha ở đây có thể được đánh giá theo 2 thông số: số lượng mầm được hình thành trong một đơn vị thể tích sau một đơn vị thời gian (tốc độ tạo mầm) và tốc độ phát triển của mầm. Việc phân tích phương trình 2dT cho thấy, có thể làm giảm kích thước tới hạn của mầm rth  TVdp
8 kết tinh không chỉ bằng cách giảm sức căng bề mặt  và tăng độ quá nguội T, mà còn bằng cách tăng áp suất bên ngoài tác động lên kim loại trong quá trình đông đặc, dp. Ngoài ra sự tăng áp suất, tương tự như tăng độ quá nguội, có thể làm tăng tốc độ tạo mầm, một thông số quan trọng của quá trình kết tinh. 2.1.4. Những thay đổi về cấu trúc của kim loại và hợp kim khi kết tinh dưới áp lực Khi kim loại, hợp kim kết tinh và đông đặc dưới áp lực thì trong tổ chức và cấu trúc của nó có thể xảy ra những thay đổi sau: - Kích thước trung bình của hạt giảm, thành phần và sự phân bố pha thay đổi, giảm kích thước tới hạn của mầm và tăng số lượng mầm, tăng độ đồng nhất về thành phần do giảm mức độ thiên tích nội hạt, tăng mật độ lệch. Các yếu tố ở các mức độ khác nhau có ảnh hưởng tốt đến việc cải thiện tổ chức của hợp kim, qua đó cải thiện tính chất của chúng. 2.2. Đặc điểm của quá trình điền đầy khuôn trong đúc áp lực Trong quá trình đúc áp lực, kim loại điền đầy khuôn với vận tốc cao. Vận tốc nạp dao động trong khoảng 0,5 – 120 m/s; khuôn được điền đầy trong khoảng vài phần mười, thậm chí là vài phần trăm giây, cho phép chế tạo những vật đúc có thành rất mỏng với bề mặt nhẵn đẹp. Tính chất dòng chảy của kim loại trong khuôn có thể chia thành 3 loại: chảy tầng, chảy rối và chảy phân tán và phụ thuộc vào: vận tốc nạp; tương quan giữa chiều dày rãnh dẫn và chiều dày thành vật đúc; độ nhớt và sức căng bề mặt của kim loại lỏng; các điều kiện trao đổi nhiệt giữa kim loại lỏng và thành khuôn. 2.3. Mô hình dòng chảy và phương pháp tính toán động lực học chất lỏng Phương pháp tính toán động lực học chất lỏng là phương pháp mô phỏng dòng chảy chất lỏng, truyền nhiệt, truyền khối, phản ứng hóa học, và các hiện tượng liên quan bằng cách giải các phương trình toán học bằng phương pháp số. 2.4. Mô hình k- Mô hình k- có ba mô hình đó là tiêu chuẩn, RNG và Realizable. Cả ba mô hình này đều tương tự như nhau với những phương trình cần bằng cho k và .
9 2.5. Cơ sở lý thuyết về lưu biến Trong chất lỏng Newton, ứng suất cắt tỷ lệ với tốc độ cắt và hệ số tỷ lệ là độ nhớt. Chất lỏng thixotropic là chất lỏng phi Newton, tức là ứng suất cắt không tỷ lệ với tốc độ cắt. Độ nhớt khi đó được gọi là độ nhớt biểu kiến và phụ thuộc vào tốc độ cắt và tỷ phần pha rắn. Vật liệu có đặc tính thixotropic có đặc tính: độ nhớt giảm khi bị khuấy và tăng ở trạng thái nghỉ. Phần lớn kim loại là vật liệu thixotropic (còn được gọi là shear thinning, tức là mỏng ra khi cắt). 2.6. Cơ sở lý thuyết về quá trình tạo mầm Quá trình đông đặc đòi hỏi sự sắp xếp lại nguyên tử từ trật tự gần sang trật tự xa. Tạo mầm là quá trình quyết định ở giai đoạn đầu của sự đông đặc và rất nhanh chóng dẫn đến sự hình thành số hạt tinh thể cuối cùng. Bởi vậy, các điều kiện dẫn tới sự tạo mầm là vô cùng quan trọng và quyết định đặc tính của tổ chức kim loại. Có hai loại: tạo mầm nội sinh (đồng thể) và tạo mầm ngoại sinh (dị thể). Trong nghiên cứu này chủ yếu quan tâm đến tạo mầm dị thể do trong quá trình tạo mầm dị thể hàng rào năng lượng của quá trình tạo mầm thấp hơn nhiều so với tạo mầm đồng thể và được đánh giá qua hàm f(), trong đó  là góc thấm ướt giữa mầm dị thể và pha rắn. 2.7. Đặc điểm của hợp kim Al-Si Hợp kim nhôm-silic còn gọi là silumin là họ hợp kim được dùng nhiều nhất, bởi có tỉ bền cao, trọng lượng riêng nhỏ, khả năng dẫn nhiệt tốt (151  163 W/mK), giãn nở nhiệt nhỏ, chống ma sát tốt và chịu được nhiệt độ cao. Theo giản đồ trạng thái, ta thấy về tổ chức, silumin có các thành phần như sau: -  : dung dich rắn, hoà tan ít silic. - [ + cùng tinh ( + Si)]: hợp kim silumin trước cùng tinh. - Cùng tinh ( + Si) gồm có những hạt Si hình kim trên nền . - Sau cùng tinh [Si1(thô to) + cùng tinh ( + Si)]. Chương 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là hợp kim nhôm A356. Hợp kim A356 có thành phần như trong bảng 3.1. Bảng 3.1 Thành phần hợp kim A 356
10 Ng tố Cu Mg Mn Si Fe Zn Ti % 0,2 0,25-0,45  0,1 6,5-7,5  0,2  0,1  0,2 3.2. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, các tài liệu đã công bố kết hợp với thực tế về công nghệ đúc “Lưu 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 phương pháp công nghệ “Lưu biến- áp lực” + Kiểm tra cơ, lý, tính và đánh giá các mẫu thử đã được chế tạo bằng phương pháp công nghệ “Lưu biến- áp lực”. Chương 4 THỰC NGHIỆM 4.1. Tính toán thiết kế công nghệ khuôn đúc lưu biến- áp lực 4.1.1. Tính toán rãnh dẫn Áp dụng công thức f  mvd  m p [7], ta tính toán được tổng diện r  m * vn * td tích rãnh dẫn: Trong đó: tdd=0,066s (Lnạp =0,1m; v2= 1,5m/s); ρm= 2.670 kg/m3; mp=0,07kg; mvd=0,3kg. Lựa chọn Vnap = 5m/s (đối với đúc hợp kim cơ sở nhôm bán lỏng Vnap thông thường nằm trong khoảng từ 2-8m/s). Thay các thông số vào công thức 4.1 ta được fd [7]: 0,3  0,07 fd   0,000419,9m 2 2670 * 5 * 0,066 Như vậy diện tích rãnh dẫn là fd = 420 mm2; (diện tích miệng phun chỗ thắt) Như vậy, từ diện tích rãnh dẫn đã tính được fd = 420 mm2, tiết diện rãnh dẫn cho mỗi mẫu thử là: 420/4=105 mm2. 4.2.2. Tính toán hệ thống thông hơi cho khuôn Lưu biến- áp lực Áp dụng công thức thực nghiệm [7]; và tính toán được fh như sau:  k *Vvd * Tk f h  0.65* g * pk * tdd *  1.43   1.71
11 Ta có: Vvđ = 280*10-6m3; Tk = 883oK; Thời gian điền đầy tdd = 0,066s; áp suất khí trong khuôn pk = 0,16MPa = 16.315,5kg/m2,đổi 1MPa = 101.971,6 kg/m2; (pk: lấy theo thực nghiệm); gia tốc trọng trường g=9,81m/s2; ρk = 0,04 (theo bảng 4.2 [7]) ta có fh[7]: 0,04 * 280 *10 6 * 883 f n  0,65 * 9,81 1, 43 1, 71 7,8 *10 6 m 2  1   1  16315,5 * 0,066 *      1,6   1,6  Như vậy tổng thiết diện rãnh hơi là fh = 7,8 mm2, tiết diện rãnh hơi cho mỗi mẫu thử là: 7,8/4=1,95 mm2. Lựa chọn tiết diện một rãnh hơi là: 3,9x0,5mm. 4.2. Mô phỏng số quá trình công nghệ đúc Lưu biến- áp lực Sử dụng phương pháp tính động lực học dòng chảy (CFD) để mô phỏng quá trình kết tinh của hợp kim nhôm A356 trong công nghệ đúc lưu biến- áp lực. Phần mềm MAGMA mô phỏng vận tốc dòng chảy của hợp kim nhôm trong hốc khuôn. Phần mềm ANSYS để tính toán và đưa ra phân bố trường nhiệt độ và tỷ phần pha ở các thời điểm áp suất ép tĩnh khác nhau. 4.2.1. Mô hình vật liệu Bảng 4.3. Các thông số nhiệt lý của vật đúc Vật đúc: Hợp kim nhôm A 356 Rắn Lỏng Nhiệt độ (oK) Ts =828 Tl= 888 Khối lượng riêng D (kg/m3 ) 2700 2380 Nhiệt dung đẳng áp Cp (j/kg.k ) 900 1200 Độ dẫn nhiệt λ (w/m.k) 126 94 Ẩn nhiệt kết tinh L (j/kg ) 389000 Độ nhớt η (kg/m.s) 0,1492 (600oC) Bảng 4.4. Các thông số nhiệt lý của khuôn kim loại Khuôn thép Khối lượng riêng D( kg/m3 ) 7500 Nhiệt dung riêng Cp( j/kg.k ) 690 Độ dẫn nhiệt λ (w/m.k) 35 4.2.2. Thông số công nghệ  Vận tốc kim loại qua rãnh dẫn là vk = 5m/s  Áp suất ép tĩnh: 185÷205 MPa  Nhiệt độ rót: Tr = 883 oK
12  Nhiệt độ ban đầu khuôn: Tk = 433 oK 4.3. Thực nghiệm nấu luyện hợp kim nhôm A356 4.3.1. Chuẩn bị chất sơn bảo vệ nồi nấu Thành phần nước sơn: 130 gr ZnO, 63 cm3 nước thuỷ tinh, 25 gr bột amiăng hoà với 1 lít nước. 4.3.2. Chuẩn bị chất sơn dụng cụ (gáo múc, chụp khử khí, que khuấy) - Thành phần nước sơn: 60% ZnO, 4% sét bentônít, 36% nước - Cách trộn: Cho nước vào thùng, cho bột ZnO vào trộn đều, sau đó cho bột bentônít vào trộn đều. 4.3.3. Chuẩn bị nồi nấu Nồi nấu được làm bằng gang. Để tránh tạp chất xâm nhập vào hợp kim nhôm, phải đảm bảo nồi luôn sạch và phải được quét lớp sơn bảo vệ trước mỗi mẻ nấu. 4.3.4. Chuẩn bị vật liệu: - Phối liệu mác hợp kim nhôm A356 gồm: Al (99,75%), hợp kim trung gian Al-Mg (70-30), hợp kim trung gian Al-Si (50-50), hợp kim trung gian Al-Ti (80-20). - Vật liệu phải sạch, không được dính dầu mỡ. Đối với liệu ẩm cần sấy khô bằng cách gác liệu trên miệng lò trước khi bỏ vào nấu. 4.3.5. Chuẩn bị chất biến tính, tinh luyện - Thành phần muối khử khí: 70% NaCl, 30% KCl. - Thành phần muối biến tính: 62,5% NaCl; 12,5% KCl; 25% NaF. 4.3.6. Nấu luyện và biến tính hợp kim nhôm đúc áp lực Khi kim loại lỏng đã đạt nhiệt độ khoảng 730÷750oC, tiến hành khử khí biến tính theo quy trình công nghệ. Khi kim loại lỏng đạt nhiệt độ khoảng 700÷730oC, cho hợp kim trung gian Al-Ti (80-20) vào nồi lò dùng que khuấy có chụp dìm xuống sát đáy nồi, cho hợp kim trung gian Al-Mg (70-30) vào nồi lò ở nhiệt độ khoảng 670÷690oC. Kết thúc quá trình hợp kim hóa, hạ nhiệt độ kim loại lỏng xuống 650-660oC để chuẩn bị cho quá trình chế tạo hợp kim nhôm A356 bán lỏng. 4.4. Thực nghiệm chế tạo phôi mẫu đúc lưu biến- áp lực 4.4.1. Chuẩn bị thiết bị khuấy bán lỏng - Kiểm tra hoạt động của các can nhiệt, đồng hồ hiển thị,... lắp trục khuấy graphite - Kiểm tra hoạt động của thiết bị khuấy ở chế độ vận hành bằng tay. - Kiểm tra hoạt động của thiết bị ở chế độ tự động.
13 Quá trình khuấy bán lỏng được thực hiện bán tự động, được trình bày trên hình 4.3. Kim loại lỏng được rót vào gầu rót (1) đặt trong bình ổn nhiệt (2). Đặt 4 can nhiệt (3) vào khoảng giữa 8 trục graphite với thành gầu rót. Quy trình khuấy được đặt tự 5 động như sau: 1) Khi nhiệt độ kim loại lỏng 6 trong gầu rót (1) đạt 6250C thì 3 động cơ (4) sẽ hoạt động dịch 1 chuyển trục khuấy xuống dưới 7 và dừng chuyển động khi chạm 2 vào công tắc hành trình (7). 2) Đồng thời động cơ (5) sẽ hoạt Hình 4.3. Thiết bị khuấy bán lỏng bằng trục graphit động với tốc độ quay của trục khuấy Ø30mm (6) là 200 vòng/phút. 3) Khi nhiệt độ trong gầu rót (1) đạt nhiệt độ là 6100C thì động cơ (5) sẽ dừng hoạt động, động cơ (4) sẽ được kích hoạt để dịch chuyển trục khuấy lên trên và dừng dịch chuyển khi chạm vào công tắc hành trình (8); thời gian khuấy khoảng 12÷15 giây. 4) Tiến hành rót ngay lập tức vào buồng nạp máy đúc áp lực. Thời gian vận chuyển kim loại từ máy đúc lưu biến sang máy đúc áp lực là 2-3s. Trong thời gian đó nhiệt độ trong gáo rót giảm 10. 4.4.2. Chuẩn bị thiết bị đúc áp lực - Lắp đặt, thiết lập các chế độ hoạt động của bộ khuôn - Tính toán các thông số công nghệ, cài đặt cho máy đúc: lắp bộ khuôn, chuẩn bị hỗn hợp sơn tách khuôn, chuẩn bị dầu bôi trơn đầu pisttông, lập trình chế độ đúc áp lực, thao tác đúc. 4.4.3. Chế tạo mẫu thử a. Sấy khuôn, sấy buồng ép b. Chế tạo hợp kim nhôm A356 bán lỏng c. Đúc trên máy áp lực để chế tạo mẫu và sản phẩm. Chương 5 KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN
14 5.1. Kết quả mô phỏng quá trình điền đầy khuôn 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 Kết quả mô phỏng dòng chảy cho mẫu thử khuôn đúc áp lực, khi rót hợp kim nhôm A356 ở nhiệt độ 6100C, vận tốc dòng chảy khoảng 2,1÷2,2m/s (hình 5.1), dòng kim loại điền đầy tuần tự, không xuất hiện dòng chảy rối. Khoảng trống không khí trong hốc khuôn được thu hẹp dần về phía trên cùng của chi Hình 5.1. Vận tốc điền đầy khuôn ở tiết, không khí được thoát ra thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=84%, ngoài thông qua đậu tràn, rãnh h/H=0,5 thoát khí và các chốt đẩy. Đây chính là đặc trưng của đúc lưu biến- áp lực: ít xuất hiện các bọt khí nhỏ trong chi tiết đúc nên các sản phẩm đúc lưu biến- áp lực có thể nhiệt luyện để cải thiện cơ tính. 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 Kết quả mô phỏng dòng chảy cho mẫu thử khuôn đúc áp lực, khi rót hợp kim nhôm A356 ở nhiệt độ 6100C, tỷ lệ giữa chiều dày rãnh dẫn h và chiều dày thành vật đúc H, h/H=0,7; vận tốc dòng chảy của kim loại trong hốc khuôn khoảng 3÷3,6m/s (hình 5.2), dòng kim loại điền đầy tuần tự, không xuất hiện dòng chảy rối. Khoảng trống Hình 5.2. Vận tốc điền đầy khuôn ở thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn không khí trong hốc khuôn được P=92%, h/H=0,7 thu hẹp dần về phía trên cùng của chi tiết, không khí được thoát ra ngoài thông qua đậu tràn, rãnh thoát khí và các chốt đẩy. 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
15 Khi thay đổi tỷ lệ giữa chiều dày rãnh dẫn h và chiều dày thành vật đúc H, h/H, tức là thay đổi tốc độ điền đầy khuôn, tính chất của dòng chảy trong quá trình điền đầy khuôn cũng thay đổi. Dòng chảy tầng có thể đạt được với vận tốc nạp tới 5 m/s (hình 5.3), một mặt cho phép chế tạo các vật đúc thành dầy mà không bị rỗ khí, mặt khác cho phép điền đầy các vị trí thành mỏng một cách rõ nét. Kết quả mô phỏng đối với chi tiết mẫu thử khi thay đổi tỷ Hình 5.3. Vận tốc điền đầy khuôn ở lệ h/H, vận tốc dòng chảy tới thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=95%, hạn điền đầy trong hốc khuôn là h/H=0,8 dòng chảy tầng như sau: - h/H= 0,5; vận tốc dòng chảy khoảng 2,1÷2,2 m/s - h/H= 0,7; vận tốc dòng chảy khoảng 3,0÷3,6 m/s - h/H= 0,8; vận tốc dòng chảy khoảng 4,8÷5,0 m/s Kết quả này có thể làm cơ sở để lựa chọn kiểu dạng rãnh dẫn và vận tốc điền đầy trong hốc khuôn cho mỗi loại sản phẩm cụ thể. 5.2. Kết quả mô phỏng các quá trình truyền nhiệt 5.1.1. Trường nhiệt độ của vật đúc Khi đúc dưới áp suất ép tĩnh là 185 MPa và áp suất 205 MPa, tại thời điểm 3s quá trình kết tinh dưới áp lực cao, toàn bộ mẫu thử nhiệt độ đồng đều khoảng 5690C gần sát với nhiệt độ đông đặc hoàn toàn. Theo tài liệu, tính cho hệ hợp kim Al-Si, nhiệt độ nóng chảy tăng 6,6.10-2 0C/MPa, nên khi đúc dưới áp lực cao (185 MPa) nhiệt độ nóng chảy của hợp kim Al-Si sẽ tăng lên khoảng 120C. Vì vậy, trong khoảng thời gian ép tĩnh 3s, mẫu thử đông đặc hoàn toàn dưới áp lực cao, đây chính là đặc trưng của đúc áp lực cao. 5.2.2. Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt và biến thiên nhiệt độ tại các vị trí tâm mẫu Khi rót kim loại lỏng A356 vào khuôn với nhiệt độ rót là 6100C, với áp lực ép tĩnh là 185Mpa ở biểu đồ phân bố nhiệt độ trên các mặt cắt hình 5.4 và hình 5.5 ở thời điểm 3s cho thấy đường nhiệt độ đi qua các mặt cắt A-A (P1), B-B (P2), C-C (P3) không có sự chênh lệch
16 nhiệt độ lớn tại các vị trí trên, nhiệt độ đạt khoảng 5690C (8420K). Có thể giải thích rằng do tốc độ nguội rất cao (thông thường khoảng 103 K/s) nên quá trình đông đặc là không cân bằng, lượng pha lỏng còn lại lớn nên việc làm đồng đều hóa nhiệt độ khiến cho tinh thể có thể phát triển theo mọi hướng và đây là điều kiện rất quan trọng cho việc hình thành các hình thái tinh thể đều trục (equi-axed) và cầu tròn. Hình 5.4. Phân bổ nhiệt độ trên mặt cắt Hình 5.5. Biến thiên nhiệt độ tại các vị trí của vật đúc tại thời điểm 3s với áp lực tâm của vật đúc đến thời điểm 7s với áp 185MPa, nhiệt độ rót là 6100C lực 185MPa, nhiệt độ rót là 6100C Kết luận: Việc phân tích kết quả mô phỏng số quá trình truyền nhiệt cho thấy rõ ràng là việc kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc áp lực là rất thuận lợi: áp lực giúp cho việc hình thành các tinh thể đều trục, cầu tròn phi nhánh cây trở nên dễ dàng hơn do sự đồng đều hóa nhiệt độ trong toàn bộ thể tích. 5.3. Tổ chức tế vi của mẫu đúc lưu biến-áp lực Hợp kim A356 được nấu luyện trong lò điện trở dung tích 150kg, nhiệt độ kim loại sau biến tính, khử khí là 6600C. Bảng 5.1. Thành phần hóa học của hợp kim A356 Nguyên tố, % Cu Mg Mn Si Fe Zn Ti Al Mác A356 theo 0,25- 6,5- Còn  0,2  0,1  0,2  0,1  0,2 tiêu chuẩn 0,45 7,5 lại Mẫu 1 Còn 0,0105 0,3684 0,0033 7,1172 0,0490 0,0178 0,1334 (phụ lục 1) lại Mẫu 2 Còn 0,0171 0,3625 0,0116 7,1458 0,0561 0,0182 0,1271 (phụ lục 2) lại Mẫu 3 Còn 0,0132 0,4166 0,0118 7,2454 0,0522 0,0317 0,1425 (phụ lục 3) lại
17 Trên bảng 5.1 cho thấy, hàm lượng các nguyên tố hợp kim chính như Si, Mg, Ti đều nằm trong dải cho phép của tiêu chuẩn của hợp kim A356 [36]. 5.3.1. Sự hình thành pha nền Sự hình thành và phát triển của tổ chức tế vi xảy ra trong đúc thông thường theo hình thái nhánh cây với sự tập trung tạp chất trên biên hạt và ở khu vực giữa nhánh cây. Các tinh thể phát triển chủ yếu theo hướng ngược với hướng truyền nhiệt dẫn tới sự hình thành các tinh thể có dạng hình trụ dài. Khi sử dụng phương pháp bán lỏng kết hợp với đúc áp lực, tổ chức tế vi nhận được có hình dạng phi nhánh cây và tương đối đồng đều. Do kết hợp khuấy nhằm làm tăng tốc độ tạo mầm, đồng đều hóa nhiệt độ kết hợp với nhiệt độ rót thấp (6100C), gần với nhiệt độ đông đặc của hợp kim đã làm giảm, thậm chí mất vùng tinh thể dạng cột. Khi thay đổi áp lực ép tĩnh lần lượt là: 185; 190; 195; 200; 205 MPa, có thể thấy rõ sự xuất hiện của 3 nhóm hạt: nhóm các hạt 1 có kích thước khoảng 35µm gần như không thay đổi, nhóm các hạt 2 như các mảnh vỡ của nhánh cây và nhóm các hạt 3 có kích thước rất nhỏ mịn (khoảng 2-7 m). Áp lực ép tĩnh càng lớn nhóm các hạt Hình 5.6. Ảnh tổ chức (x1000): MIT-200, 3 càng nhỏ và có kích thước Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C,Tkh = 6250 C, Tr khoảng 2-7µm. Đây chính là = 6100 C, Pt=205MPa quá trình đông đặc thứ cấp rất quan trọng, bởi lẽ khi đi vào khuôn còn tới khoảng 80% kim loại ở trạng thái lỏng. Việc tạo ra nhóm hạt 3 có thể được giải thích như sau: thông thường sau khi đạt được kích thước tới hạn, mầm sẽ phát triển đến kích thước ổn định, sau đó chúng sẽ bị mất ổn định và từ các mặt sít chặt sẽ phát triển ra các nhánh cây. Nếu rất nhiều mầm được hình thành cùng một lúc, chúng có thể chỉ phát triển đến, hoặc thậm chí chưa kịp phát triển đến giới hạn ổn định, và như vậy nhánh cây sẽ không hình thành. Quá trình này sinh ra các hạt hình cầu nhỏ và mịn α3. Đường kính kích thước hạt trung bình α3 là ≤ 7 μm, kích thước này nhỏ hơn nhiều
18 lần kích thước của hạt chính α1 (đường kính trung bình α1 là 35 m) được sinh ra bởi sự kết tinh đầu tiên ở gầu rót. Có thể thấy một số hạt 3 có kích thước rất nhỏ (chỉ vài m). Rõ ràng là chúng được hình thành với độ quá nguội lớn hơn. 5.3.2. Sự hình thành cùng tinh Ở giai đoạn cuối cùng của quá trình đông đặc, trong vùng pha lỏng đông đặc sau cùng sẽ xảy ra phản ứng cùng tinh. Như vậy Si cùng tinh sẽ nằm ở vùng giữa các hạt tinh thể. Cùng tinh Al-Si là cùng tinh không đều, do Si là một pha có hành vi tạo bề mặt nét rõ rệt, bởi vậy trong các quá trình đông đặc thông thường Si Hình 5.32b. Cùng tinh cùng tinh có dạng tấm phiến khá thô. Tuy nhiên trong trường hợp rheo-diecasting có thể thấy Si cùng tinh đã chuyển sang dạng sợi hoặc bông tuyết. Kích thước (đường kính) của sợi Si là khá nhỏ, chỉ khoảng vài trăm nm. 5.4. Kết quả nghiên cứu về tỉ trọng của hợp kim A356 5.4.1. Các chế độ công nghệ - Hợp kim A356 có thành phần hóa học như trên, sau khi múc vào gáo rót, nhiệt độ kim loại đạt 6250C thì khuấy bằng trục graphít với vận tốc 200 vòng/phút. Khi nhiệt độ 6100C thì tiến hành rót vào buồng ép của máy đúc áp lực. Khuôn đúc lưu biến- áp lực cho mẫu thử với tỷ lệ giữa chiều dày rãnh dẫn h và chiều dày thành vật đúc H, h/H= 0,8, lựa chọn vận tốc nạp tại miệng phun là 5m/s (tương ứng vận tốc di chuyển của piston v2 = 1,5m/s). - Thí nghiệm đối với chế độ đúc áp lực tiến hành rót với nhiệt độ kim loại là 6600C, vận tốc nạp tại miệng phun là 12m/s (tương ứng vận tốc điền đầy của piston v2 = 3,6m/s). 5.4.2. Kết quả xác định tỷ trọng 5.4.2.1. Kết quả xác định tỷ trọng theo chiều dọc mẫu Các mẫu thử được gia công, mài phẳng với kích thước 8x8x180mm, tiến hành cân tỷ trong bằng thiết bị cân tỷ trọng AD - 1653/ GR-202 của Nhật Bản. Các kết quả về tỷ trọng của hợp kim nhôm A356 với các chế độ đúc khác nhau được trình bày trên bảng 5.2. Bảng 5.2. Ảnh hưởng của áp lực ép tĩnh đến tỷ trọng của HK A356
19 Ảnh hưởng của áp lực ép tĩnh đến tỷ trọng của hợp kim A356 Áp lực ép tĩnh, MPa 185 190 195 200 205 Tỷ trọng hợp kim A356- bán 2,651 2,659 2,667 2,672 2,677 lỏng, nhiệt độ rót: 6100C, (g/cm3) Tỷ trọng hợp kim A356, nhiệt độ 2,607 2,612 2,619 2,623 2,628 rót: 6600C, (g/cm3) Độ chênh (g/cm3) 0,044 0,047 0,048 0,049 0,049 Độ chênh trung bình 0,0474 5.4.2.2. Kết quả xác định tỷ trọng tại ba vị trí trên mẫu Kết quả mô phỏng phân bố tỷ trọng trên mẫu khi đúc với áp suất ép tĩnh 200 MPa, có sự chênh lệch phân bố tỷ trọng giữa các vùng trên mẫu. Để có thể thấy rõ về sự chênh lệch này, ta xác định tỷ trọng trên mẫu đúc thử nghiệm. Kết quả đo tỷ trọng tuyệt đối trên mẫu thử khi đúc lưu biến – áp lực với cùng điều kiện như đã tiến hành mô phỏng. Ta thấy ứng với các vị trí P1, P2, P3 (hình 5.4) lần lượt có giá trị là; 2676 kg/m3, 2667 kg/m3 và 2672kg/m3. Mặc dù sự chênh lệch là không đáng kể nhưng kết quả thực nghiệm này chứng minh những giải thích về sự ảnh hưởng của áp suất ép tĩnh đến tốc độ nguội và quá trình kết tinh, hình thành tổ chức là hoàn toàn phù hợp. Tương tự như vậy kết quả tỷ trọng tuyệt đối trên mẫu thử khi đúc áp lực với cùng điều kiện như đã tiến hành mô phỏng. Ta thấy ứng với các vị trí 1, 2 và 3 (hình 5.4) lần lượt có giá trị là; 2634 kg/m3, 2601 kg/m3 và 2616 kg/m3. Kết quả thí nghiệm cho thấy các mẫu đúc bằng công nghệ đúc áp lực thông thường tại 3 vị trí P1, P2, P3 có tỷ trọng nhỏ hơn so với các mẫu đúc bằng công nghệ đúc lưu biến-áp lực. Kết luận: Việc phân tích kết quả mô phỏng số quá trình truyền nhiệt và so sánh phân bố tỷ trọng với kết quả thực nghiệm cho thấy rõ ràng là việc kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc áp lực là rất thuận lợi: 1. Việc hình thành các tinh thể đều trục, cầu tròn phi nhánh cây ít gây cản trở cho quá trình “nuôi” hơn là các tinh thể nhánh cây do ma sát giữa kim loại lỏng và tinh thể giảm, nhờ vậy xốp co ít hơn và tỷ trọng tăng. 2. Áp lực cũng giúp cho quá trình “nuôi” vật đúc tốt hơn nhờ việc thấm lọc qua vùng 2 pha. 3. Việc điền đầy khuôn bằng dòng chảy tầng khiến sự cuốn khí giảm, dẫn đến việc giảm rỗ khí, nhờ vậy mà tỷ trọng cũng tăng.
20 Rõ ràng đây là những ưu điểm rất nổi bật của phương pháp rheo-diecasting. 5.5. Nghiên cứu phân tích cấu trúc Kỹ thuật quan trọng và phổ biến của Cơ học phá hủy, trong đó bề mặt thực của mặt gẫy có thể được quan sát và đánh giá bằng phương pháp chụp và phân tích trên kính hiển vi điện tử quét. Có thể nhận thấy rất rõ trên các ảnh mặt gẫy là phá hủy xảy ra theo cơ chế đứt bên trong hạt, tạo ra mặt gẫy với các “lúm đồng tiền” khá tiêu biểu cho kiểu phá hủy dẻo. Kiểu phá hủy này đặc trưng cho loại vật liệu có khả năng biến dạng dẻo đáng kể (hay là dự trữ độ dẻo) trước khi phá hủy. Hợp kim A356 do được hợp kim hóa bằng một số nguyên tố hợp kim như Mg, Cu, Ti,... nên có chứa một số pha hóa bền phân tán vừa làm tăng độ bền, vừa giảm bớt xu hướng phá hủy ròn vốn có của silumin đơn giản không được hợp kim hóa. Phân tích EDX đối với MIT- 200, Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C, Tkh = 6250 C, Tr = 6100 C, Pt=200 MPa sau khi nhiệt luyện cho thấy tại vùng phá hủy dẻo thành phần chủ yếu là Al, Si, Mg (thành phần Hình 5.40. Mặt gẫy của mẫu MIT-200 chính của hợp kim A356). 5.6. Kết quả nghiên cứu về độ cứng của hợp kim A356 Khảo sát độ cứng của mẫu đúc được chế tạo bởi quá trình đúc lưu biến-áp lực, áp lực ép tĩnh 200 kg/cm2; kết quả được trình bầy trên bảng 5.3. Bảng 5.3. Độ cứng mẫu đúc Lưu biến-áp lực , áp lực ép tĩnh 200MPa Bề rộng mẫu, mm Khoảng cách điểm đo 1 2 4 6 8 10 12 14 15 Vị trí P1 99,1 88,6 84,9 83,7 83,2 83,4 84,5 88,8 97,8 Vị trí P2 97,3 85,9 80,7 77,5 76,8 77,9 80,3 85,7 97,1 Vị trí P3 97,9 87,4 83,7 81,5 80,2 81,4 83,3 87,6 97,3