TOM TAT LUẬN ANVào những năm 1970, một kỹ thuật tạo hình vật liệu tạo hình mới đã được Giáo su C.Flemings và nghiên cứu sinh của ông là David Spencer ở học viện MIT Hoa Ky phát hiện ra v
Trang 1ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH
Trang 2ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH
U OA
NGUYEN VINH DỰ
Oo ƯU O U U A UO L] U O U
eỢ e
Chuyên ngành: ` ệ ạ a éMã số chuyên ngành: SO COMM
nh > `Phản biện độc lập 1:
Phản biện độc lập2: S AO A UU
Phản biện 1:P S S AOM UPhan biện 2:P S S A EPhản bién3:P S S A UC Oo
NGUOI HUONG DAN KHOA HOC1S UUP UO M
2S S UE EU
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quảnghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bấtkỳ một nguồn nao và dưới bat kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tải liệu đãđược thực hiện trích dẫn và ghi ngu6n tài liệu tham khảo đúng quy định
Tác giả luận án
Nguy n Vinh Dự
Trang 4TOM TAT LUẬN AN
Vào những năm 1970, một kỹ thuật tạo hình vật liệu tạo hình mới đã được Giáo su
C.Flemings và nghiên cứu sinh của ông là David Spencer ở học viện MIT (Hoa Ky)
phát hiện ra và phát triển cho đến ngày nay — kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng,kỹ thuật này đã được ứng dụng và thương mại hóa trong các ngành sản xuất côngnghiệp, đặc biệt là sản xuất các chỉ tiết cho ngành cơ khí
Phương pháp tạo hình ở trạng thái bán lỏng chia làm hai loại: tạo hình lưu biến(Rheoforming) và tạo hình xúc biến (Thixoforming) Và một trong những vấn đẻ đặtra trong quá trình gia nhiệt phôi của phương pháp tạo hình xúc biến (Thixoforming) đólà độ chênh nhiệt độ trên toàn bộ thé tích của phôi do hiện tượng hiệu ứng bẻ mặt Dégiải quyết van dé này thì Luận án đã sử dụng thuật toán phương pháp độ dốc liên hợpConjugate Gradient Method (CGM) - là 1 thuật toán lặp, về phương chiều thì nó liênquan đến hàm hội tụ E và giải quyết băng cách giải bài toán tiệm cận, còn việc tối ưuhóa kích thước của bước xác định được băng cách giải bài toán độ nhạy để giải quyếtvan dé tôi ưu hóa quá trình nung phôi trong kỹ thuật tạo hình vật liệu bán lỏng theophương pháp tạo hình xúc biến (Thixoforming), đồng thời kết hợp với phương phápsai phân hữu hạn ứng với điều kiện biên, điều kiện ban đầu vừa gia nhiệt, vừa làmnguội bề mặt phôi nung, trên cơ sở những thuật toán đã đưa ra, Luận án đã xây dựngchương trình mô phỏng tối ưu quá trình nung phôi bằng phan mềm Comsol, đồng thờithực nghiệm trên mô hình thực tế phôi hợp kim nhôm A356 để qua đó đánh giá độđồng đều về nhiệt độ và làm cơ sở so sánh đánh giá tính chính xác, tính khoa học củaphương pháp số, thuật toán phương pháp độ dốc liên hợp CGM, phương pháp môphỏng đã giải bai toán tối ưu
Mục tiêu của Luận án nảy là giải quyết đưa ra các phương án, chế độ liên quan đếnquá trình gia nhiệt bằng cảm ứng, các kết quả thực nghiệm và phương pháp số ứng vớicác điều kiện biên 2D của bài toán ban đầu đã được giải quyết một cách tối ưu và đượckiểm nghiệm kha năng tạo hình dưới các vận tốc ép khác nhau Và kết quả nhận thayrang chất lượng mẫu sau quá trình gia nhiệt cảm ứng đạt yêu cầu và các kết quả cũngcho thay vận tốc ép v = 8 mm/s mang lại kết quả tốt nhất
Trang 5Since the 1970's, a new casting technique called semi-solid metal (SSM) forming has
become important in the formation of metal alloys It was originally developed by
Professor Merton C Flemings at the Massachusetts Institute of Technology in the
1970s and has since been commercialized and employed in the industry There are two
technical directions of SSM _ forming: rheoforming and thixoforming The
thixoforming technique requires heating the feedstock to a semi-solid state with a
uniform temperature distribution, a uniform globular microstructure and an optimum
liquid fraction The skin effect of induction heating results in an exponential heat
source profile within the semi-solid material In this study, the conjugate gradient
method in conjunction with the adjoint method is used to find a heating process to
reach a uniform temperature distribution along the radius of a cylinder in a relatively
short time It is found that a modified Conjugate Gradient Method may provide a
satisfactory heating strategy The physical and mathematical models take into account
the temperature-dependent thermo-physical properties Radiative and convective heat
losses and different heating frequencies are also considered.
Our objectives are to deal with the more general induction heating issues in the
semi-solid metal formation by taking into account the conditions of radiation and convection
during the heating combined with cooling process at the surface of samples (billets),
hence the spatial-temporal variation of temperature on the whole sample volume The
billets after that will be re- heated by induction system for obtaining a fine uniform
globular microstructure and will be pressed under different pressing speeds.
Lab experiments and numerical approaches for the alloys heated with the conditions of
convection and radiation as well as re-heated and pressed under various pressing
speeds for the relationship between the punch speed, pressing force, flow stress and
temperature distribution are carried on We also observed that the quality of our
samples after the induction heating process was very good and the ‘foot elephant’
pattern did not occur The results also showed that a punch speed of v = 8 mm/s could
bring the in the “best stress” and “best microstructure” for the samples.
Trang 6LỜI CÁM ƠN
Nhìn lại quãng thời gian hon 6 năm, chứng kiến bao thăng tram của ngành Khoa hocvà Công nghệ thành phố Hồ Chi Minh, bao thay đổi tại Trung tam ng dụng tiến bộkhoa học và công nghệ, cuối cùng tôi cũng đã vượt qua chính mình, để hoan tất Luậnán này Thật sự, ngoài những nỗ lực vươn lên của bản thân, nếu không có sự giúp đỡđộng viên của các Đồng chí lãnh đạo, sự hỗ trợ nhiệt tình của gia đình, quý đồng
nghiệp, bạn bè xa gan, có lẽ tôi khó có thé di trọn ven con đường nghiên cứu khoa học,
tưởng chừng như vô tận này.
NGAN LOI TRI AN CUA TÔI, XIN PHÉP GUI DEN:Các đồng chi lãnh dao của Ban Tổ chức Thành ủy, Ban điều hành Chương trình500ThS, TS.
TS Luu Phương Minh — Dai học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, GS.TSKH Nguy n ThếHưng — Đại học Bách khoa Montreal, Canada, các Thay đã dẫn dat tôi trong nhữngngày dau chập chững bước vào con đường khoa học bao la
PGS.TS Phan Minh Tân, nguyên Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM,người đã khuyến khích, hỗ trợ tôi rất nhiều trong con đường nghiên cứu khoa học.PGS.TS Lê Hoài Quốc, Trưởng Ban Quản lý Khu Công nghệ cao, người đã tạo điềukiện tôi có cơ hội vận dụng những kiên thức đã học vào thực ti n công việc.
GS.TS Nguy n Quang Trí — Đại học Dalhouse, Canada - bậc đàn anh đã cho tôi những
lời khuyên quý báu để vượt qua thử thách, đồng thời anh là người tiếp sức cho tôi đểđến buổi ngày hôm nay
Ngoài ra, còn có các Thay, Cô trong Bộ môn Công nghệ và Thiết bị vật liệu Cơ khí,Bộ môn Công nghệ Kim loại luôn dõi theo bước chân để động viên, cho những lờikhuyên để tôi có những điều chỉnh kịp thời trên con đường Nghiên cứu Khoa học.Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn các anh, chi Phòng Quy hoạch và Dao tạo-Ban tôchức Thành ủy TP Hồ Chí Minh Khối 244 nói chung, bộ phận Tổ chức Cán bộ thuộc
Trang 7Văn phòng Sở Khoa học và Công nghệ Tp Hồ Chí Minh đã luôn đồng hành giúp đỡtôi trong suốt quá trình tôi tham gia chương trình đảo tạo ThS, TS.
Quý đồng nghiệp trong các Phòng ban của Trung tâm, đặc biệt ThS Đặng Hữu Thọ,KS Phan Quang An, KS Trần Trung Trực, KS Trang Hoàng Thái, KS Nguy n CôngBảo - các anh đã thắp sáng và nuôi dưỡng ngọn lửa nhiệt thành trong tôi, giúp tôi giữvững lòng nhiệt huyết trên con đường khoa học mà mình đã chọn
Lòng biết ơn vô bờ đến các đồng nghiệp của tôi, các nhân viên Phòng Cơ khí và Tựđộng hóa, Phòng Hành chính — Tổ chức đã gánh vác công việc thay tôi trong lúc tôivăng mặt, em Đặng Hoàng Yến, các chị Nguy n Thị Mai Ly, chị Nguy n Thị NgọcChau, chị Đồng Điền Xuân Hiển và nhiều người nữa mà tôi không thé kế ra hết, rấtmong nhận được sự đồng thuận của các bạn trong tương lai sắp tới
Và những gì sau cùng cũng là những khởi đầu trân trọng nhất, xin gửi những tình cảm
chân thành nhất của tôi đến những bạn bè xa gan: PGS.TS Pham Son Minh, ban
Hoang Quốc Dũng những người luôn sát cánh cùng tôi những phút giây can thiết.Và cuối cùng, không thé không kế đến những gương mặt đáng yêu tại Dai học Báchkhoa Montreal, nơi tôi vừa làm quen trong giai đoạn thực tập sinh tại đất Canada, cácanh chị Hiu Jiang, Amin Các bạn đã khắc ghi trong ký ức của tôi những kỷ niệmkhó phai trong những tháng ngày thử thách nhất của cuộc đời
Tri ân cho 2 người phụ nữ quan trọng nhất của đời lôi:Mẹ tôi, Nguy n Thị Ngát
Và vợ tôi, Phạm Ngọc Thùy Dương
Ngàn lần cảm ơnGửi đến bố tôi, Nguy n Thành Công, các chú, bác, cậu, di trong gia đình tôiMột kỷ niệm đáng nhớ dành riêng cho 2 con trai yêu dấu của tôi:
Con Hiếu KhangCon Khang Đức
Trang 8MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HINH ẢNH ¿6-55 22 2122221221221 viiiDANH MỤC BẢNG 22t 2t 2 2212212211211211211211211121121121121101111 1e xiiDANH MỤC CAC T VI TT Toreecessessessesssesseessessecseessessecsesueesecsesuecsessneenesneeneen xiiiCHUONG 1 TONG QUAN VE QUA TRÌNH NUNG CAM NG TRONG KYTHUAT TAO HINH O TRẠNG THAI BAN LONG HE HOP KIM NHÔM 51.1 Tổng quan các phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái ban lỏng 51.1.1 Các kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng - << <5 <<<<<<<s+<+2 71.1.2 Ưu, nhược điểm của phương pháp tạo hình ở trạng thái bán lỏng 121.2 — Phạm vi Ứng dụng: S231 1 0099900100011 v11 1v ng 0055511 kke 131.3 Tổng quan các phương pháp nung - ¿+ ks+E#E+E+ESEeExExEkvkckckekekekeeeeced 131.4 Tong quan các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước -s-s-sses¿ 161.4.1 Giải quyết bài toán đồng đều về nhiệt độ theo hướng thực nghiệm 181.4.2 Giải quyết bài toán đồng đều về nhiệt độ theo hướng phương pháp số 331.5 Kết luận: cc t2 E2 HH2 2112112112112121111.112e re 36CHUONG 2 CƠ SỞ VAT LY CUA QUÁ TRÌNH NUNG CẢM NG TRONGQUÁ TRÌNH TẠO HINH VAT LIEU Ở TRANG THÁI BAN LỎNG 372.1 Cơ sở vật lý của quá trình nung cảm Ứng 555553 ss++++++++++sssssss2 372.1.1 Các tính chất điện từ trong quá trình nung cảm ứng 5 - 552 382.1.2 Hiện tượng hiệu ứng đầu mút và độ giảm nhiệt độ từ đầu đến đuôi 422.2 Cơ sở quá trình truyền nhiệt trong nung cảm Ứng c6 5xx sxsxsxsxsxẻ 442.2.1 Khái niệm về dẫn nhiệt và phương trình vi phân truyền nhiệt của vat ran
4 Ổ 442.2.2 Phương trình truyền nhiét - - 6 SE 9E#ESESEEEEEkEkSkekekekekrkeeeered 472.3 Kết luận Ă 2L 2 2 2 E2 211211121121121121121121121 re 50CHUONG 3 TOI UU HÓA QUA TRÌNH NUNG CẢM NG TRONG KỸTHUAT TẠO HINH VAT LIEU Ở TRANG THAI BAN LỎNG - 523.1 Các phương pháp tìm nghiệm hệ phương trình vi phân trao đổi nhiệt 52San 6 ôn o0 - 4 523.1.2 Cơ sở phương pháp số dé giải bài toán dẫn nhiệt 5-5-5555: 543.2 Tối ưu hoá quá trình nung cảm ứng bằng phương pháp độ dốc liên hợpConjugate Gradient Method (CGM) - 00100111 11 T11 002183551111 ke 563.2.1 0a, 563.2.2 Mô hình toán he - c2 1011130 ve 563.3 Các bước của phương pháp lặp CGM: - S336 xsrrses 593.4 Str dụng phần mềm Matlab để tối ưu hóa quá trình nung cảm ứng trong côngnghệ tạo hình vật liệu ở trạng thái bản lỏng - (<< 1111111 EExssesssssssssss 613.5 Mô phỏng quá trình nung cảm ứng bang phần mềm Comsol 663.5.1 Giới thiệu phần mềm Comsol - + << EE£E#E£E£E+ESEeEEEEEvErkckceei 66
Trang 93.5.2 Các bước thực hiện trên phan MEM COMSO] ecccccsesesessesesesseseseseeseeeseeeess 673.5.3 Một số kết quả tính toán bang phần mềm Comsol 5s 5s: 693.6 So sánh giữa kết quả tính toán bang phần mềm Comsol và phương pháp số 723.7 Kết luận CC TH1E1 TT 111513 11111111511 1111111511111 011111 trrk 75CHUONG 4 TH C NGHIỆM TỎI UU QUÁ TRÌNH NUNG CẢM NGTRONG KỸ THUẬT TẠO HINH Ở TRANG THÁI BAN LỎNG - 774.1 Thực nghiỆm - - (001010103101 111131111111199931 11111111 TH 000 551 1 xa 774.1.1 Thiết bị thực nghiệm «<< s33 EEEES RE ekreở 774.1.2 Phôi thực nghiỆm - 101010111 11111111111119885 1882351111111 krrrree 814.1.3 Kết quả và nhận xétiiccccccccscsssscssscscsesesesssesscsssssssvevevsvsesesesesestssesesnsnees 834.2 — Biện luận SH 1E T111 1111 11111111511 111111111 1111111111 re 944.3 So sánh với các nghiên cứu trước day c SSn n1 S111 9 33355111 xx2 954.4 KẾ( luận SĂ Hs TT T11 111111111111 11111111511 11111111111 100CHUONG 5 NGHIÊNC UKI MCH NG KHẢ NĂNG TẠO HÌNH CHI TL TCƠ KHÍ BẰNG CÔNG NGHỆ TẠO HINH Ở TRANG THÁI BAN LỎNG 1025.1 Giới thiệu về phần mềm DefOrim 6 + EE#E£E#E+ESESEeEEeverkrkrkeei 1025.2 _ Mô phỏng quá trình ép chảy nhôm A356 ở trạng thái ban lỏng 1045.2.1 Thiết lập dữ liệu cho quá trình mô phỏng - - + +£+e+escsxerezee: 1045.2.2) Nhập dữ liệu vào DefOrm - 5 2222231111111 11111111111 11 11132332 1085.3 Kiểm chứng kha năng tạo hình chi tiết từ vật liệu hop kim nhôm A356 bangcông nghệ tạo hình ở trạng thai bán lỏng (<< 55111111 xssssssssssssss 1135.4 _ Thử nghiệm cơ tinh cece cccesesssccccececcceeeesseesssnsscceeeeeccceeeeceeeeseeeesssseaeeeees 1225.5 Kết luận - St HE 1T TH T115 1111111115111 1111111111111 tre 125K TLUẬN _ Ă Ăn HT TT HT 11111111211 tru 126DANH MỤC CÔNG TRINH ĐÃ CÔNG BỒ ¿-cctES SE SE rrkrkrree 128TÀI LIEU THAM KHHẢO - 2 E SE SE 5E E111 1111111511111 ck 129PHU LUC L ĂSĂSC SE E111 1111115111111 111 11x11 135PHU LUC 2 2< CS HE E111 1111111111111 111x111 149PHU LUC 3 _ -Ă SE SHSH 1E TT E1511 1111111111111 11 111x111 158PHU LUC 4 -2 2 SH HE TT E1 111111121111 1111 111x111 159PHU LUC 5 -SĂ SE HE TT 1111111111111 1111x111 160PHU LUC 6 cieccccccccscscscscscscsscscscstsesscscsvsvsesscacavsvsesesavavsvsesesavavevsesesacavevsesesesseavens 179PHU LUC 7 ciiccecccccccscsssscessssesscscscstsesscacsvsvscsecacavsvsesesavavsvsesecavsvsvsesecavavevsessesseavens 180
Trang 10DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ dé kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng [4T] - 6Hình 1.2 Thanh phan ran lỏng trong kim loại ở trang thái mushy/semi-solid [41] 6Hình 1.3 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa phần trăm pha lỏng và nhiệt độ của Hợps0 h0 ni — 7Hình 1.4 Sơ đồ quy trình tạo hình bang phương pháp lưu biến (Reohcasting) [26] 8Hình 1.5 Nguyên lý pha vỡ thiên tích nhánh Cay - 555 5323 vvvssssseseeesrrs 9Hình 1.6 Quá trình tạo hình của phương pháp xúc biến (Thixocasting) [26] 9Hình 1.7 Kỹ thuật gây khuấy trộn băng từ trường và khuấy trộn bang co [26] 10Hình 1.8 Sơ đỗ sản xuất phôi [26 ] ¿6 + k*E9E#E#ESEEEEk SE cv gererree 10Hình 1.9 Nguyên lý tạo hạt có dạng hình cầu [26] 2 22 2+k+x+E+EeEzEzxeesreee 11Hình 1.10 Mô hình tạo hình xúc biến (Thixoforming) [26] - 5-5-5 5+ +s+e+escse 11Hình 1.11 Một số sản ph m của tạo hình vật liệu ở trạng thái ban long [26] 13Hình 1.12 Nguyên lý co bản của nung cam ứng [52] - 5555525 <sssssssssessss 14Hình 1.13 Hình ảnh nghiên cứu cua A Kazemi và cộng sự [10] - 17Hình 1.14 Vị trí đặt các thiết bị đo nhiệt [54] ¿ ¿c2 << +x+E+E+E+E+E+E+Eseserererereree 19Hình 1.15 Sơ đồ quy trình nung theo nghiên cứu [54] 2-5-5 2 +£ete+s+x+eszee 19Hình 1.16 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tỉ lệ pha ran của Hợp kim Nhôm A356 [28] 21Hình 1.17 Phân bố nhiệt độ trong quá trình nung “1 bước” [28] - 5-5: 22Hình 1.18 So đồ thiết kế cuộn dây bang phương pháp số [19] - - cscssss¿ 23Hình 1.19 Các phương án nung và giữ nhiệt [39] - <5 5 52233 *++++*sverrsssssssssa 24Hình 1.20 Duong biéu di n nhiệt độ tại các vi trí đặt cảm biến [3Š]: - 26Hình 1.21 Vị trí đặt cảm biến [35] - - E6 EềEeEEESESESESEEEEEEEEkrerererereree 27Hình 1.22 Sơ đỗ công suất nung 2 bước ứng với thời điểm 140 giây, với nhiệt độ tạicạnh phôi, nhiệt độ tại tâm [ 3 | - 5-5222 3323233321111 1 1111111111111 1 188522355511 x2 28Hình 1.23 Hiện tượng “chân voi” sau khi nung “2 bước” theo sơ đồ Hình 1.22 [13] 29Hình 1.24 Sơ đỗ công suất nung 2 bước ứng với thời điểm 205 giây, với nhiệt độ taicạnh phôi, nhiệt dO tại tam << -G G0 1100301111119 1 111111111111 111110003551 ke 29Hình 1.25 Hiện tượng “chân voi” sau khi nung “2 bước” theo sơ đồ Hình 1.24 [13] 30Hình 1.26 Phân bố nhiệt độ và tỷ lệ pha ran khi điểm A dat fs = 0,7 sau 350 giây 30Hình 1.27 Sơ đồ nung trong nghiên cứu [2 5] - - - + + + £+EEEE+k+k£k+keEeeexeeseseee 31Hình 1.28 Mo hình vat ly của nghiên cứu cho bài toán 3D [22] - 32Hình 1.29 Mô hình vat ly của nghiên cứu cho bài toán có biên dạng phức tạp [20] .32Hình 1.30 Mô hình vật lý của nghiên cứu cho bài toán có biên dạng phức tạp 6 mặtNMHHiiẳiẳddddầỒŨỎỒỒẮỒŨÚŨỒŨ 33Hình 1.31 Mô hình vật lý của nghiên cứu cho bài toán 3 chiều với 1 bề mặt phức tapF— 34Hình 1.32 Điều kiện biên của bài toán [2 [] ¿c6 6 se + £sESE+E+EvEsEsEeEekekseseseseseree 34
Trang 11Hình 2.1 Mô hình cam ứng điển hình bao gồm một phôi có dạng hình trụ được baoquanh bởi một cuộn dây [Š2| - - 55 2222333333 31399933111 111 1111111111111 1588522555 11 x2 36Hình 2.2 Điện trở suất của các kim loại là một hàm theo nhiệt độ [Š2[: - 38Hình 2.3 Sự phân phối dòng điện trong hệ thống cảm ứng “cuộn dây nung - phôi” [52]
40Hình 2.4 Hiệu ứng dịch chuyển điện từ theo biên trong dây dẫn hình trụ [52] 4]Hình 2.5 Cuộn dây nung Cam Ứng - << -c 113 163311113115993111 11111111111 ng ng ng v2 43Hình 2.6 Bồ trí phôi, dé phôi và cuộn nung +22 + +E+EE+E+E+E+EeEeEErErEererereee 43Hình 2.7 Tổng hợp các yếu tô nhiệt, điện từ xảy ra trong lò nung cảm ứng [30] 49Hình 3 1 Mô hình vật lý bài toán dẫn nhiệt không 6n định 2 chiễu - 56Hình 3 2 Hình sơ đồ thuật toán giải bai toán nung cảm ứng theo phương pháp sốCƠM H 11/111//11.11 111./11 60Hình 3 3 Tân sô f= 2 II Hz che 61Hình 3 4 Tân sô f= 22K Hz nhìn HH 61Hình 3 5 Phân bô nhiệt độ của phôi tại các thời điệm khác trong quá trình nung cảmứng băng phương pháp SỐ - - - -c c1 0002101111111 1111111 1110011101 1n ng 9kg 62Hình 3 6 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm, với f= 21kHz và 23kHz 63Hình 3 7 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm, với f= 21kHz và 22kHz 64Hình 3 8 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm và z = 30mm với f = 21kHzHH ẦỌ 65Hình 3 9 Phan bô nhiệt độ theo bán kính r tai z = 10mm và z = 30mm với f = 22kHzHH ẦỌ 65Hình 3 10 Các chức năng chính của phần mềm Comsol - 2 -sss+x+s+s+E+Essse 66Hình 3 11 Quy trình mô phỏng gia nhiệt bằng từ trường trong phân mềm Comsol 67Hình 3 12 Phân bố phần tử miền, phần tử biên và phần tử cạnh cho phôi nung khi môPHONY VOI COMSOL 0 - a 68Hình 3 13 Phân bồ nhiệt độ tối đa và tối thiểu bang mô phỏng Comsol 69Hình 3 14 Phân bố nhiệt độ của phôi tai các thời điểm khác nhau trong quá trình nungbăng phương pháp mô phỏng COImsSOI - - - 6E E+E+E+E+ESEEEEEEEE£E£E£E+E£EeEeEeeexeerreree 70Hình 3 15 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm, với f = 21kHz va 23kHz 71Hinh 3 16 Phan bo nhiệt độ theo ban kính r tại z = 10mm, với f = 21kHz va 22kHz 71Hình 3 17 Phan bô nhiệt độ theo ban kính r tại z = 10mm và z = 30mm với f = 21kHz
B 72Hình 3 18 Phân bô nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm và z = 30mm với f = 22kHz
B 72Hình 3 19 Nhiệt độ tối đa thể hiện băng phương pháp số và phương pháp Comsol 73Hình 3 20 Nhiệt độ tối thiểu thể hiện băng phương pháp số và Comsol 74Hình 3 21 Chênh lệch nhiệt độ tối đa giữa phương pháp s6 va Comsol 75Hình 3 22 Chênh lệch nhiệt độ tôi thiêu giữa phương pháp sô và Comsol 75Hình 4 1 Sơ đồ thiết bi nung cảm Ứng - 5 5 2322222233351 1111111111111 4 76Hình 4 2 Sơ đồ thiết bị tiễn hành thí nghiệm - + + SE SE +E+E£EeEeeeeeeee 77Hình 4 3 Sơ đồ nguyên lý thiẾt Dine cccsesecccscscssscssscscsesesesececscececesscscssesasavevens 77Hình 4 4 Thiết bị điều khiển công Suat cc ccccccccctcccsssssesescsesescsesecscscecesssevevsvavavevens 78Hình 4 5 Cảm bién nhiệt loại K -c¿-5+c2c+2Ex2ExtEEtEttrttrirtttrrrrrrrrrrrrrred 80
Trang 12Hình 4 6 Vị trí diém A và B dé đo thực nghiệm ¿26s xxx £Eeeeeeeseee 81Hình 4 7 Độ chênh nhiệt độ tại điểm A ở tần số f = 21kHz ứng với ba phương phápmô phỏng số, phương pháp Comsol, phương pháp thực nghiệm - 5-5: 82Hình 4 8 Độ chênh nhiệt độ tại điểm A ở tan số f = 21kHz ứng với ba phương phápmô phỏng Số, phương pháp Comsol, phương pháp thực nghiệm - - 5: 82Hình 4 9 Chênh lệch nhiệt độ tại điểm A với f= 21kHz 2-2 +s+s£+£+E+ezesessz 84Hình 4 10 Chênh lệch nhiệt độ tại điểm B với f = 2IkHz 2252 se £+s+e+ssessz 84Hình 4 11 Sai số nhiệt độ tại hai điểm A và B giữa phương pháp số va phương phápthực nghiệm với f= 2 ]]KHzZ - - E2 1311162611911 101 11111111111 111188803 551111 khe 84Hình 4 12 Phan bố nhiệt độ tại hai điểm A ở tan số f = 22kHz ứng với 3 phương pháp:Mô phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm - - - SE St SkckcEeEeEeEersrrereeree 86Hình 4 13 Phân bồ nhiệt độ tai hai điểm B ở tan số f = 22kHz ứng với 3 phương pháp:Mô phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm - - 5+ + SE ‡k‡EeEeEeEersreerreree 87Hình 4 14 Phân bồ nhiệt độ tại hai điểm A ở tần số f = 23kHz ứng với 3 phương pháp:Mô phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm - - 5+ + SE ‡k‡EeEeEeEersreerreree 88Hình 4 15 Phân bồ nhiệt độ tai hai điểm B ở tan số f = 23kHz ứng với 3 phương pháp:Mô phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm - - - SE St SkckcEeEeEeEersrrereeree 89Hình 4 16 Phân bồ nhiệt độ tại hai điểm A ở tan số f = 24kHz ứng với 3 phương pháp:Mô phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm - - 5+ + SE ‡k‡EeEeEeEersreerreree 90Hình 4 17 Phân bồ nhiệt độ tại hai điểm B ở tần số f= 24kHz ứng với 3 phương pháp:Mô phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm - - 5+ + SE ‡k‡EeEeEeEersreerreree 91Hình 4 18 Nhiệt độ tai hai điểm A và Boo eecceeecscecsesssessesseessecseeseessecseeseecseeseeseeneeneenees 92Hình 4 19 Phương án nung và vị trí đặt cảm biến của nghiên cứu C.G.Kang [18] 94Hình 4 20 Phuong án nung của nghiên cứu Jae Chan Choi [39] -‹- 95Hình 4 21 Chế độ gia nhiệt được sử dụng trong Luận án 5 s+s+ssesescse 96Hình 4 22 Chế độ làm mát được sử dụng trong Luận án 5 c+++++<<<<<<+ 97Hình 4 23 Mối quan hệ giữa: Thời gian nung [giây] — Nhiệt độ nung [°C] 97Hình 4 24 Mối quan hệ giữa: Thời gian nung [giây] — Công suất nung [kW] 98Hình 5 1 Mô phỏng các quá trình với phan mềm Deform . 5-2 2 +2 2£: 101Hình 5 2 Độ dẫn nhiệt của nhôm A356 bán long phụ thuộc vào nhiệt độ [47] 103Hình 5 3 Nhiệt dung riêng của Nhôm A356 ban lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ [47] 103Hình 5 4 Độ dẫn nhiệt của thép H13 phụ thuộc theo nhiệt độ [47] . 104Hình 5 5 Nhiệt dung riêng của thép H13 phụ thuộc vào nhiệt độ [47] 105Hình 5 6 Định nghĩa phôi, chày và khuôn trong phần mềm .- 2 2 2 5s: 106Hình 5 7 Lựa chọn vật liệu cho phôi và khuôn - << <5 55+ **++++++++ssss 107Hình 5 8 Nhập thông số vật liệu - + + S<SE+k+E+ 5 SE E111 11111 107Hình 5 9 Ảnh hưởng của việc chia lưới đến độ chính xác của lực [24] - 108Hình 5 10 Các thong SỐ «+ S311 119151513 111 5131111111111 rreg 108Hình 5 11 Chọn các kiểu xuất dữ liệu ra ¿525622 22tr 109Hình 5 12 Chọn và định nghĩa cho quá trình mô phỏng . - - - ++<<<<+ 109
Trang 13Hình 5.Hình 5.Hình 5.Hình 5.Hình 5.Hình 5.Hình 5.Hình 5.Hình 5.Hình 5.Hình 5.Hình 5.Hình 5.
13 Chọn các hệ số ma sát ¿5:52 2EEEEEE2EEcrtrrrrrkrrred 11014 Tạo dữ liệu cho quá trình mô phỏng . - 5-5 555 +++++++++ssssssssss2 11015 Chạy chương trÌnh - 1111000111111 11 1111 11H ng 0005511 xke 11016 Su thay đối của lực ép trong quá trình tạo hình bán lỏng wo 11117 Sự thay đối của lực ép theo thời gian ứng với các tốc độ ép khác nhau 11218 Mối liên quan giữa lực ép và hanh trình trong quá trình ép - 11219 Phân bố ứng suất ứng với từng vận tỐc Ep vc cececscscsessssscecssssscscssesesesevens 11420 Vị trí đặt cảm biễn nhiỆt - ¿5:22 2+2 2 EEEEEEEEErrrrrrerrree 11521 Thiết bị thực nghiệm nung cảm Ứng - - - + + k+E+E+EsEeEEeverkrxeeeeeed 11622 Sản ph m sau tao hin cecsesssscccececcceeeeesseesssssaeeeeeeeceeeeeceeeeseeeeeeaes 11624 Quá trình chu n bị mẫu và kiểm tra mẫu - - se ££erscse 12025 Thiết bị thử cơ tính Instron 5584 5:52 2t 22vvEttrrerkerrrrrrerrree 12026 Đồ thị thử cơ tính của Nhôm 2 2-55+22+2E+Ext2EvvExerxrrrkerrerreee 121
Trang 14Bảng 4.Bảng 4.Bảng 4.Bảng 4.Bảng 4.Bảng 4.Bảng 4.Bảng 4.Bảng 4.Bang 5.Bang 5.Bang 5.Bang 5.Bang 5.
DANH MUC CAC BANG
1 Tinh chat vat ly của A356 tại nhiệt độ phòng - 5555552 802 Nhiệt độ tại hai điểm A và B khi f= 21kHz + 2e +e£+E+EsEsexezeessd 853 Sai số nhiệt độ tại A, B khi f= 21KÌHz - 2+2 +e SE E+E+ESEEeEvE+EeEserersrred 834 Nhiệt độ tại hai điểm A và B khi f= 22kHz - ¿7+ St +e +E+EsEsexersesed 875 Nhiệt độ tại hai điểm A va B khi f = 23kHz 2+2 +eSe se sex £eEeEreree 876 Nhiệt độ tại hai điểm A và B khi f= 24kHz 2-2+2+s+E+e+exezezszszsssz 87T Nung 3 bUGC [18] oo eee 958 Nung 1 bước [39] ccccecscsescsesecssscesscssssscsvevscscscsesececscscacssavscacasavavavavavevseeeeees 979 Nung 2 bước [16] cccccscsccecscscscsesececcecscsssssvevsvscscsesesecscscecasscecasasavavavaveveeeeees 981 Độ dẫn nhiệt của nhôm A356 ở một số nhiệt độ [47] ¿-¿-5-55552 1052 Nhiệt dung riêng của nhôm A356 ở một số nhiệt độ [47] 1043 Dữ liệu cho quá trình mô phỏng - (<< << 51111 Evesseessssssssss 1074 Thành phan hóa học (%) của mẫu thực nghiệm A356 - 5-5: 1175 Kết qua thử nghiệm - - - E99 9E St Svc v11 T111 E111 1151 1xx 121
Trang 15Thạc sĩ
Viện Công nghệ Massachusetts
Phương pháp phần tử hữu hạnPhương pháp độ dốc liên hợpKhí động lực học tính toán
Tạo hình xúc biếnĐúc xúc biếnTạo hình lưu biếnĐúc lưu biếnDap xúc biénChat long xúc bién
Trang 16BANG KY HIỆU VA CHỮ VIET TAT
TT Ky hiệu Y nghia Don vi
1 Ơ Hệ số dẫn điện Om2 OKL Điện trở suất của kim loại Om3 q Hệ số nhiệt độ của điện trở suất 1/°C4 Hy Độ từ th m tương đối H/m5 € Hang số điện môi F/m
6 Họ Độ từ th m của chân không H/m
1, Eq Hang số điện môi của chan không F/m
8 B Mat độ từ thông T
9 H Cường độ từ trường A/m
10 5 Độ thấm sâu m11 | Mật độ dòng điện với khoảng cách y từ diện tích bề| A/m?
mặt
12 lọ Mật độ dòng điện tại diện tích bề mặt làm việc A/ m213 y Khoảng cach từ bề mặt hướng vẻ lõi dây m14 f Tan số Hz15 K Hệ số khoảng cách
16 k Độ dẫn nhiệt của vật liệu W/m.K
17 T Nhiệt độ °C
Trang 17TT Ký hiệu Ý nghĩa Don vi
18 aéituy | Nhiệt lượng ton that do đối lưu W/m?19 Abircxa | Nhiệt lượng tôn thất do bức xạ W/m?
20 Tha mat | Nhiệt độ bề mặt 0C
21 | T¿ung quanh | Nhiệt độ xung quanh °C
22 Cp Nhiệt dung riêng của vật liệu J/ kg.K
23 L An nhiệt nóng chảy kim loại J/kg24 0 Khối lượng riêng của vật liệu Kg/ m3
Trang 18MỞ DAU
1 Tính cấp thiết của Luận ánTừ những cuối thập niên 90, một kỹ thuật tạo hình vật liệu tiên tiến đã được thươngmại hóa - đó là kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng Kỹ thuật này phát triểntrên nền tảng kỹ thuật tạo hình ở trạng thái lỏng nên nó kế thừa những ưu điểm mà kỹthuật tạo hình ở trạng thái lỏng có được, đồng thời khắc phục những nhược điểm nhưtiết kiệm năng lượng, giảm khuyết tật vật đúc Sản ph m từ kỹ thuật này được cáchãng nổi tiếng trên thé giới dang ứng dụng như: Ford, Toyota, dùng để chế tạo độngcơ và các chỉ tiết ô tô có độ chính xác cao, giảm được các nguyên công gia công cơ khítiếp theo Hiện nay, ở Việt Nam kỹ thuật nay còn khá mới, việc nghiên cứu và giảiquyết những van dé mau chốt của kỹ thuật này rất quan trong, cụ thé là dé xuất giảipháp kỹ thuật để chế tạo ra vật liệu ở trạng thái bán lỏng giúp nhà sản xuất tiết kiệmđược chỉ phí sản xuất, nâng cao năng suất, chất lượng, giảm giá thành là điều rất quantrọng Vi vậy, dé tài nghiên cứu này sé làm tiền dé dé phát triển ngành kỹ thuật taohình hiện đại này ở Việt Nam không những phục vụ cho nghiên cứu khoa học mà còn
phục vụ cho nên sản xuất công nghiệp nước nhà trong quá trình công nghiệp hóa hiệnđại hoá, thị trường cạnh tranh Hơn nữa, việc áp dụng kết quả nghiên cứu này vào thựcti n sản xuất tại các nha máy đang sử dụng kỹ thuật tạo hình ở trạng thái lỏng sé cónhững thuận lợi và phù hợp trên cơ sở tan dụng những thiết bị có sẵn như thiết bị đúcáp lực cao, do đó việc chuyển đôi sang kỹ thuật mới rất khả thi chi cần trang bị thiết bịnung cảm ứng và chế độ phương pháp nung phù hợp Đây cũng là mô hình mà các nhàmáy trên thế giới dang áp dụng khi chuyển sang thương mai hoá kỹ thuật nay
Từ những nhu cầu cấp thiết trên cơ sở nghiên cứu phục vụ cho sự phát triển sản xuất,Nghiên cứu sinh (NCS) lựa chọn hướng nghiên cứu "Tối wu hóa quá trình nung cảm
ứng trong kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng thai ban long hệ hop kim Nhôm".
Trang 192 Mục tiêu nghiên cứu
- Đưa ra chế độ gia nhiệt và chế độ làm nguội đồng thời một cách hợp lý nhằm datđến sự đồng đều về nhiệt độ cho chỉ tiết khi nung với điều kiện độ chênh nhiệt độ giữatâm và bề mặt vật phôi <10 °C
- Kiểm chứng khả năng tạo hình của vật liệu bán lỏng.Với điều kiện ban đầu bài toán đặt ra là:
> Giả thiết rằng nhiệt lượng tại biên đã biết trong suốt quá trình truyền nhiệt.> Phôi nung từ hợp kim A356 (hoặc hop kim Nhôm — Silic có hàm lượng Si chiếm 6-8 %), với yêu cầu nay khi nhiệt độ nung qua đường nhiệt độ đông đặc thì kim loại cótrạng thái 2 pha tương đối rõ rệt và khoảng cách từ nhiệt độ đường đặc đến nhiệt độđường lỏng tương đối lớn và rõ ràng
> Phôi nung có dạng hình trụ và được nung theo phương thăng đứng, chọn theo kíchthước | x d= 50 x 76 mm để so sánh tương đương với các nghiên cứu cùng lĩnh vựctrước đây.
> Quá trình nung được kết hợp với quá trình làm nguội bề mặt bằng khí.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Quá trình nung cảm ứng cho phôi hệ hợp kim Nhôm mà cụ thểlà hợp kim nhôm Silie, vì đây là nhóm hợp kim có tính đúc tốt về, ít có xu hướng bịnứt nóng khi tạo hình Hon nữa hệ hợp kim AI — Si được ứng dụng rất nhiều lĩnh vực,đặc biệt là ôtô, xe máy, hàng không, vũ trụ va điểm thuận lợi khi chọn hệ hợp kimNhôm - Silie vì có nhiệt độ nóng chảy thấp và có khoảng đông đặc lớn
Phạm vi nghiên cứu: thực nghiệm nghiên cứu trong phạm vi mô hình gần với thực tếsản xuất, phù hợp với phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng theo côngnghệ tạo hình xúc biến (Thixoforming)
Trang 204 Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về quá trình nung cảm ứng trong kỹ thuật tạo hình ở trạng thái ban lỏnghệ hợp kim nhôm
- Co sở vật lý của quá trình nung cảm ứng trong quá trình tạo hình vật liệu ở trạng
- Phương pháp tính toán số: Sử dụng thuật toán tối ưu kết hop với phương pháp saiphân hữu hạn giải bài toán truyền nhiệt hai chiều
- Phuong pháp mô phỏng bằng phần mềm Comsol để mô phỏng quá trình nung cảmứng, phần mềm Deform để mô phỏng quá trình tạo hình một chỉ tiết cơ khí
- Phương pháp thực nghiệm trên thiết bi nung tần số nung 21 + 25 KHz, thiết bị épthủy lực 100 tấn
6 Y nghĩa khoa học và ứng dụng của đề tài:- Y nghĩa khoa học: Kết quả của nghiên cứu này góp phần định hướng, dé xuất đượcgiải pháp về mặt lý luận, đó là giải quyết van dé nung va làm mát bề mặt dé đạt trạngthái bán lỏng theo phương pháp tạo hình xúc biến (Thixoforming) giúp tiết kiệm vềmặt năng lượng và thời gian gia nhiệt cho vật nung.
Trang 21- Y nghĩa ứng dụng thực tế: Nghiên cứu kỹ thuật tạo hình tiên tiến ở trang thái banlỏng mang tính đón đầu công nghệ giúp các Doanh nghiệp triển khai ứng dụng côngnghệ tiên tiễn vào thực tế góp phần thúc đ y ngành công nghiệp hỗ trợ.
7 Những điểm mới của Luận án- Giải bai toán tối ưu quá trình nung cảm ứng theo 2 chiều (2D) ứng với điều kiệnbiên phù hợp với mô hình vật lý đặt ra.
- Sử dụng phương pháp độ dốc liên hop CGM để giải bài toán tối ưu 2 chiều.- Mô phỏng quá trình tính toán bằng phần mềm Comsol va quá trình tạo hình băngphần mềm Deform
- Thực nghiệm trên mô hình thực tế để đánh giá tính chính xác của các phương phápđã nghiên cứu.
- Tối ưu quá trình tạo hình một chỉ tiết cụ thể băng kỹ thuật bán lỏng.8 Bố cục của Luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 5 chương:Chương 1: Tống quan về quá trình nung cảm ứng trong kỹ thuật tạo hình ở trạng tháibán lỏng hệ hợp kim nhôm
Chương 2: Cơ sở vật lý của quá trình nung cảm ứng trong quá trình tạo hình vật liệu ở
Trang 22CHƯƠNG 1 T NG QUAN V_ QUÁ TRÌNH NUNG CẢM NG
TRONG KO THUẬTT OHINH OTR NG THÁI BÁNL NG HỆ H P
KIM NHÔM
Nếu như trong phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái lỏng, kim loại và hợp kimtrước khi được đem tạo hình được nấu chảy lỏng hoàn toàn thì trong phương pháp tạohình vật liệu ở trạng thái bán lỏng, kim loại và hợp kim tạo hình ở trạng thái hai pha:
pha ran và pha lỏng Đông thời nhiệt độ phân bố trên toàn bộ thể tích phôi là đồng đều.Ky thuật nay được phát hiện ra từ năm 1973 bởi Giáo su C.Flemings và nghiên cứu
sinh cua ông là David Spencer ở học viện MIT (Hoa Ky) và sau đó kỹ thuật tạo hình
này được phát triển cho đến ngày nay.1.1 T ng quan các phương pháp tạo h nh vật lu trạng thái ban! ng
Trong kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng, có hai hướng để vật liệu đạt được trạngthái bán lỏng và bán răn:
Một là, khi kim loại được gia nhiệt lên trên nhiệt độ đường đặc, tại đây kim loại bắtđầu chảy và pha lỏng xuất hiện, trạng thái này gọi là trạng thái “mushy” (tạm dịch -trạng thai ban lỏng) Nếu tiếp tục gia nhiệt lên trên nhiệt độ đường lỏng, kim loại sẽchuyền sang trạng thái lỏng hoàn toàn Tuy nhiên, dé đạt được trạng thái bán lỏng nay(tức là ti lệ pha ran, pha long gần băng nhau và pha ran có cau tao dạng hat mịn) [41,46] thì nhiệt độ phải phân bố đồng đều trên toàn bộ thê tích phôi
Hai là, ngược lại với trạng thai “mushy” — (trang thai bán lỏng) thi kim loại ở trạng
thái được hình thành từ quá trình nhiệt độ giảm xuống dưới nhiệt độ đường lỏng,
nhưng vẫn còn trên nhiệt độ đường đông đặc, lúc này có sự xuất hiện của pha rắn,
trang thái này gọi là trạng thái “semisolid” — (tam dịch - trạng thái bán ran) (Hình 1.1).Chú ý rằng quá trình làm nguội và đông đặc ở trạng thái “semisolid” — (trạng thái bánrắn) phải đảm bảo không được hình thành cau trúc nhánh cây và thành phan bán lỏngphải được phân bố đều nhau
Trang 23Đường ran Đường lang
' _— |Trang thai r Trang thái — Trạng thai chay
Pha lỏng
Pha ran
— Thành phan ran thap
Hinh 1 2 Thanh phan ran long trong kim loai 6 trang thai mushy/semi-solid [41].Dé dat được trang thai ban long mong muốn thi nhiệt độ là một yếu tố quan trọng Do
vậy, trong quá trình nung, van dé kiểm soát nhiệt độ sao cho tỉ lệ pha rắn, pha lỏng xấp
xỉ bằng nhau và nhiệt độ được phân bố đồng đều trên toàn bộ thể tích phôi đặc biệtđược quan tâm, có như vậy thì cơ tính vật liệu của sản ph m được tạo hình từ trạng
thái bán lỏng sẽ tốt hơn [11, 15]
Trang 24100 r u
90 bịse 80 ~
op 70 |
Cc
.© 60 x
œ®= ápE
Š 30 a
Cc
x8 20 Á
a 40 ˆ0 m.s.ịã.1) 5 T T T T T T 1
540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640
Nhiệt độ [°C]
Hình 1 3 Đồ thị thé hiện mối quan hệ giữa phan trăm pha lỏng và nhiệt độ
của Hợp kim A357 [15].
Việc lựa chọn nhiệt độ cho quá trình tạo hình ở trạng thái bán lỏng để đảm bảo ty lệpha ran f; = 50% cũng là van dé cần giải quyết Hình 1.3 cho thay ở 565 °C, nhiệt độthấp nhất thực tế hợp kim A357 mới bắt đầu chảy lỏng Trong khoảng nhiệt độ từ 580°C đến 615 °C đường cong thay đổi rất nhanh, dốc và khi nhiệt độ trong khoảng naytăng thì cấu trúc bên trong - phan trăm pha lỏng - của khối kim loại cũng thay đổi rấtnhanh chóng từ 30 % lên đến 90 % Trong nghiên cứu [15] cho thay cơ tính của chỉtiết giảm đi đáng kế khi nhiệt độ tạo hình tăng lên, nhất là khi hop kim đã chảy lỏnghoàn toàn Sự sút giảm về cơ tính này nó có liên quan rất nhiều đến những khuyết tậtmà chi tiết mac phải, và trong nghiên cứu này cũng đã thí nghiệm va đưa ra bangchứng cho thay cơ tính của vật đúc tốt nhất khi chúng ta chọn nhiệt độ tạo hình là 585°C Ở nhiệt độ này thì những khuyết tật như lỗ co bất lợi cho co tinh thì được phát hiệnrất it từ các thành ph m
Từ kết quả của nghiên cứu [15] này sẽ là cơ sở cho việc lựa chọn nhiệt độ nung choquá trình tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng.
I.I.I Các kỹ thuật tạo hình ở trạng thai ban lỏng
Có 2 phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng chính [26, 29]: phương pháp
tạo hình xúc biến (Thixoforming) và phương pháp tạo hình lưu biến (Rheoforming)
Trang 251.1.1.1 Phương pháp t oh nh lưu bi n (Rheoforming)
Trong giai đoạn này, đầu tiên là nau luyện hợp kim cần tạo hình tới trạng thái longhoan toàn, sau đó tiễn hành làm nguội kết hợp khuấy đảo hợp kim trên nhằm mục đíchlàm cho kim loại không còn cau trúc hình nhánh cây mà là cau trúc hình cầu, điều naynhăm đảm bảo cho phôi đạt cơ tính cao trước khi được đưa vào buông kết tỉnh Tronggiai đoạn này, thường xuất hiện 3 dang tinh thé như hình 1.5: tinh thé dạng nhánh cây,tinh thé dạng hình bông, và tinh thé dạng cau Với tinh thể nhánh cây được hình thànhkhi không có lực khuấy Tinh thể dạng “hình bông” được hình thành khi có lực khuấy.Tinh thể dạng hình cầu được hình thành khi lực khuấy mạnh hơn Thông thường thìtrong phương pháp tạo hình lưu biến (Rheoforming) thì có rất nhiều phương pháp déb gay cau trúc nhánh cây: phương pháp khuấy đảo cơ học, phương pháp biến tính sửdụng hóa chất, nhưng phương pháp được sử dụng pho biến hon cả là phương phápdùng lực khuấy điện từ giúp phá vỡ thiên tích nhánh cây (hình 1.5) và hình thành tỉnhthé dang hinh cau, từ đó cho ra tô chức hat min, làm tăng cơ tính cho vật đúc
> Giai đoạn tạo hình vật liệu theo phương pháp tạo hình lưu biến (Rheoforming): saukhi hình thành được vật liệu ở trạng thái bán ran (semisolid) thì vật liệu này đượcchuyền vào thiết bị áp lực dé tạo hình ra chi tiết theo thiết kế ban dau
Trang 26Dạng nhánh cây Dạng hìnhbỏng Dạng hình cau
Hình 1 5 Nguyên lý phá vỡ thiên tích nhánh cây [26].
1.1.1.2 Phương pháp t ohnhx c bi n (Thixoforming)
Nhập Tạo phôi Cắtphôi Nungphôi Phươngpháp Hoàn tất
nguyên liệu đúc bán lỏng quy trình
Hình 1 6 Sơ đồ quy trình tạo hình bằng phương pháp xúc bién (Thixoforming) [26]Cũng giống như phương pháp tạo hình lưu biến (Rheoforming) thì phương pháp taohình xúc biến (Thixoforming) cũng được thực hiện qua 2 giai đoạn:
> Giai đoạn tao vật liệu ở trạng thái bán long (mushy):
Đầu tiên, từ kim loại lỏng đem chế tạo phôi băng phương pháp đúc liên tục Hỗn hợpkim loại lỏng được khuấy trộn, làm nguội nhanh dé có tô chức tinh thé và độ mịn củahạt theo yêu cau Có rất nhiều phương pháp khuấy trộn: khuấy trộn bang cơ và khuâytrộn bằng từ Nhưng hiện nay phương pháp khuấy trộn băng từ trường được sử dụngpho biến do nó tạo được độ đồng đều cao, d chế tạo, và đặc biệt là "thân thiện" vớimôi trường.
Sự khuấy trộn này nhăm tao ra một lực cắt làm b gãy cầu trúc nhánh cây để hìnhthành tinh thé dạng hình cầu trong phôi Bên cạnh đó, do biên giới các hạt ở vùng giữacác trục nhánh cây thường tập trung tạp chất và các lỗ rỗ do kim loại lỏng khi kết tinh
Trang 27bị co lại đồng thời kim loại lỏng ở chỗ khác không bé sung đến duoc do bị can trở bởicác trục nhánh cây cho nên đây là lí do sử dụng kỹ thuật khuấy trộn nay.
Khuay trộn bang cơ Khuay trộn băng từ trường
Hình 1 7 Kỹ thuật gây khuấy trộn băng từ trường và khuấy trộn bằng cơ [26]
| Lâm nguội bang nước
Kích thích bằng từ trường oe bang khi
Hình 1 8 So đồ sản xuất phôi [26]Trong quy trình sản xuất phôi này chúng ta phải kiểm soát các thông số sau: nhiệt độnóng chảy, tốc độ làm nguội ng với mỗi kim loại thì có nhiệt độ nóng chảy vàcường độ lực cắt khác nhau Bên cạnh đó, tốc độ làm nguội phải nhanh để cho cấu trúcnhánh cây không có thời gian để phát triển và cũng cần chú ý đến tốc độ kết tinh đểhình thành phôi Vì nếu tốc độ kết tinh quá chậm sẽ làm cho cấu trúc có phan thô và códạng gan hình cau, còn nếu tốc độ kết tinh tăng thì sẽ dẫn tới thời gian làm nguội ngắn,tốc độ làm nguội nhanh và cau trúc hạt sẽ tốt hơn và được phân bồ tốt hơn, nhưng nếuquá nhanh sẽ làm chất lượng bề mặt phôi xấu hơn
Trang 285t Ue
4j2 lông”
FT
Hình 1 10 Mô hình tạo hình xúc biến (Thixoforming) [26].Không giống như các sản ph m được sản xuất từ các phương pháp tạo hình thôngthường, cấu trúc tế vi của vật đúc theo phương pháp tạo hình xúc biến (Thixoforming)là cau trúc không nhánh cây Trong suốt quá trình tạo hình, cau trúc nhánh cây bị bgãy và hình thành cau trúc dạng hình cầu Cơ tính của cau trúc tế vi có dạng hình cầucao hơn hăn câu trúc có dạng nhánh cây.
Trang 291.1.2 Uu, nhược đi mc a phương pháp tạo hình ở trang thái ban lỏng1.1.2.1 Uudi m
Tạo hình kim loại ở trạng thai ban long có nhiều ưu điểm hơn so với các kỹ thuật tạohình kim loại ở trạng thái lỏng hay rắn [25, 30, 44]:
a) Tính chất dòng chảy được cải thiện: khi kim loại ở trạng thái bán lỏng, dòng lưuchat này có đặc điêm chảy tang và điên đây khuôn êm hơn.
b) Tuổi thọ khuôn được tăng lên: do vật liệu ở trạng thái bán lỏng có nhiệt độ thấp hơnđúc thông thường nên giảm đáng ké sự phá hủy nhiệt cho khuôn, do đó tuổi thọ khuônđược kéo dai.
c) Năng suất tăng: do vật liệu vốn đã đông đặc một phan và nhiệt độ thì thấp hơn nênthời gian đông đặc của chỉ tiết cũng ngăn hon, do đó mà chu kỳ sản xuất ngắn lại.d) Khuyét tật vật đúc giảm: tạo hình ở trạng thái bán long giúp loại bỏ nhiều khuyết tậtvốn tồn tại ở đúc truyền thống chăng hạn mức độ xốp tế vi và rỗ co giảm đáng kể.Dòng chảy tang và mặt thoáng ổn định giúp điền khuôn êm hon dòng chảy lỏng hoàntoàn, do đó ngăn chặn không cho khí lọt vào.
e) Khả năng kiểm soát cơ tính: Cơ tính của chi tiết được chế tạo từ vật liệu bán lỏngphụ thuộc vào cấu trúc bên trong suốt quá trình xử lý, mà cấu trúc lại phụ thuộc vảoquá trình chế tạo vật liệu trước đó Do đó, có thé kiểm soát cơ tính chi tiết băng cáchđiều khiến kiểm soát quá trình nung bán lỏng
Trang 301.2 Phạm vi ứng dụng:
Phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng được ứng dụng rộng rãi để sảnxuất các sản ph m trong nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm ô tô [29, 30, 52]: như bộchế hòa khí, hộp số, các thiết bị điện như: công tắc, cầu dao, cung với sự phát triểncủa ngành vi n thông việc sử dụng hop kim Magié [27, 42] dùng cho việc sản xuất cácchỉ tiết linh kiện điện tử đã được tính tới do tính chất ưu việt của hợp kim này
Hình 1 11 Một số san ph m của tạo hình vật liệu ở trạng thái bán long [26].1.3 T ng quan các phương pháp nung
Trong kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng, một trong những vấn đề được cácchuyên gia, các kỹ sư ứng dụng quan tâm trong quá trình nghiên cứu phát triển vàthương mại hóa kỹ thuật này là lựa chọn phương pháp gia nhiệt cho vật nung, với yêu
cầu là khi gia nhiệt phôi nung phải đảm bảo độ đồng đều về nhiệt độ trong quá trìnhnung Có rất nhiều phương pháp gia nhiệt cho phôi, cụ thể là:
= Phuong pháp gia nhiệt bằng nhiệt liệu đốt (ga, dau, ):Nguyên lý: Phôi được nung nóng dựa vào nhiệt lượng tỏa ra khi nhiên liệu hóa thạch
(ga, dầu ) bị đốt cháy.> Ưu điểm:
- Lò đơn giản,r tiền hơn so với các phương pháp gia nhiệt khác.- Không đòi hỏi thiết bị tiên tiến
- Trinh độ công nhân vận hành không đòi hỏi cao.
Trang 31> Nhược điểm:- Khó kiểm soát nhiệt độ của trong quá trình nung.- Khí đốt có thé làm cho chất lượng bề mặt giảm do sự thấm cacbon, sự oxi hóa, cáchạt thô và đồng thời nó sẽ làm ô nhi m môi trường
- Điều kiện lao động nhiều bụi gây độc hại.- Năng suất nung thấp
= Phuong pháp gia nhiệt bằng điện trở:Nguyên lý: Phôi được nung nóng dựa vào nhiệt năng do dòng điện chạy qua điện trở.
> Ưu điểm:- Ít hao tốn kim loại.- Chi phí đầu tư trang thiết bị thấp.- D vận hành vad sử dụng.
> Nhược điểm:Khó kiểm soát nhiệt độ của phôi trong quá trình nung.Khả năng tự động thấp
Thời gian nung lâu.
Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng:Nguyên lý: các thiết bị cơ bản của nung cảm ứng bao gồm: bộ nguồn AC, cuộn camứng (một cuộn hoặc nhiều cuộn) va chi tiết nung Bộ nguồn cung cấp dòng điện xoaychiều thường xuyên qua cuộn cảm ứng tạo ra một điện trường Khi chi tiết được đặttrong cuộn cảm ứng, điện trường cảm ứng dòng điện tuần hoàn được gọi là điện xoáytrong vật liệu gia công Theo định luật Joule-Lenz, dòng điện xoáy có thể tạo ra nhiệtma không có sự tiệp xúc vật ly nào giữa cuộn dây va chi tiết.
Trang 32Mach conghưởngMáy pháttân sô cao
Vùng từ trường
Cuộn day đồng
Hình 1 12 Nguyên lý cơ bản của nung cam ứng [52].
> Ưu điểm:Khả năng phân bó nhiệt độ đồng đều trên vật nung cao.Điêu khiên nhiệt độ nung có độ chính xác cao.
Thời gian nung nhanh.
Thân thiện với môi trường
Kiêm soát được nguôn nhiệt dau vào.
Khả năng tự động hóa cao
> Nhược điểm:- Thiết bị phức tạp nên giá thành cao.- Các hiện tượng vật lý ảnh hưởng đến quá trình phân bố nhiệt độ trong quá trìnhnung phôi.
Nhận xét: trong giai đoạn công nghiệp phát triển hiện nay, các thiết bị đặt ra yêu cầucao hơn từ quá trình gia nhiệt đến quá trình tạo hình kim loại được kết hợp thành mộthệ thống liên tục và đặc biệt là nhiệt độ nung phải được kiểm soát một cách chính xácđể đảm bảo thành phân pha rắn- pha lỏng là 40-50 % để đạt được mục tiêu trên thìphương pháp gia nhiệt bang cảm ứng đã đáp ứng đã được các yêu cau đặt ra Dựa trên
Trang 33những ưu điểm đã phân tích ở trên mà phương pháp nung cảm ứng đã trở thành mộtthành tựu phô biến trong những năm gan đây [8].
Tuy nhiên, công nghệ nung cảm ứng này cũng có một số hạn chế do bản chất của điệntừ như: hiện tượng hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng lân cận điện trường, hiệu ứng dịchchuyền điện từ theo biên lam ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt không đồng đều Và đâychính là van dé khó khăn gặp phải khi gia nhiệt cho phôi băng phương pháp cảm ứng.1.4 T ng quan các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
"Tình hình nghiên cứu trong nước
Về van dé nghiên cứu này hiện nay, trong nước có 2 đơn vị Trường, Viện đang tiếnhành nghiên cứu đó là: Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu thuộc trường Đại học Bách
khoa Hà Nội, Bộ môn Công nghệ và thiết bị vật liệu cơ khí — khoa Cơ khí thuộc Đạihọc Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh
Những nghiên cứu điển hình trong nước liên quan đến công nghệ tạo hình ở trạng tháibán lỏng được tổng quan như sau:
Giáo sư Nguy n Trọng Giảng cùng các cộng sự [4] nghiên cứu xác định các thông sốcơ học bang lý thuyết và thực nghiệm băng phương pháp ép lưu biến ở nhiệt độ 585°C,quá trình ép là đăng nhiệt
Qua đó tác giả đã so sánh mối quan hệ đo được giữa ứng suất và biến dạng từ kết quảlý thuyết và kết quả thực nghiệm Từ đó Giáo sư cùng với các cộng sự đã có những kếtluận: việc lựa chọn phương pháp tính toán phụ thuộc vào ty phan rắn lỏng của A356và cụ thể ở đây tác giả chọn nhiệt độ 585°C, xây dựng các mối liên quan giữa ứng suất- bién dạng, bién dạng - lượng biến dạng, sự khác biệt giữa phương pháp tính toán vathực nghiệm là không đáng ké
Ngoài ra, tại Viện Khoa học và Công nghệ vật liệu thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội
đang triển khai nghiên cứu những vẫn đề liên quan đến công nghệ tạo hình ở trạng tháibán lỏng theo phương pháp đúc lưu biến (Rheocasting), cụ thể nhóm nghiên cứu củacác tác giả: GS.TS Đỗ Minh Nghiệp, GS.TS Nguy n Hong Hải và các cộng sự [5 - 8]
Trang 34Tại Học viện Kỹ thuật Quân sự, tác giả Trần Việt Thắng [9] cũng có nghiên cứu vềcông nghệ tạo hình ở trạng thái bán lỏng cụ thể là “Công nghệ Semisolid và tạo hìnhSemisolid với tỉ lệ pha răn cao”, trong nghiên cứu này tác giả đã tổng quan về côngnghệ, nghiên cứu quá trình ứng dụng về công nghệ tạo hình Semisolid (SSM), cơ sở lýthuyết của công nghệ tạo hình Semisolid, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng thông sốcông nghệ ép chảy xúc biến đến tổ chức hợp kim Al-Cu-Mg; ảnh hưởng các thông sốcông nghệ đến khả năng tạo hình của TXF.
Còn tại bộ môn Công nghệ và thiết bị vật liệu cơ khí thuộc Đại học Bách khoa Thànhphó Hồ Chí Minh đang triển khai nghiên cứu công nghệ tạo hình ở trạng thái bán lỏngnhưng theo phương pháp đúc xúc biến (Thixocasting), tạo hình xúc biến(Thixoforming) đặc biệt nghiên cứu về chế độ nung của công nghệ nay Hiện nay, Bộmôn cùng với Giáo sư Nguy n Thế Hưng — khoa Cơ khí trường Đại học Bách khoaMontréal, Tién sĩ Cheen Ang Loong - Viện Công nghệ Vat liệu Công nghiệp, Canadađang có những hợp tác Khoa học — Công nghệ liên quan đến công nghệ tiên tiến này.Hơn nữa, Bộ môn còn được các chuyên gia Canada ủng hộ, và sẵn sàng hợp tác đểnghiên cứu sâu về lĩnh vực công nghệ mới này nên cũng hy vọng đây là cơ sở để pháttriển ngành công nghệ tạo phôi của nước nhà, đặc biệt về phương pháp đúc xúc biến(Thixocasting), tạo hình xúc biến (Thixoforming)
"Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay, việc nghiên cứu về kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng cho hợp kim màunói chung và hợp kim Nhôm nói riêng đã được nhiều nhóm tác giả thuộc các trường,Viện nghiên cứu nỗi tiếng về công nghệ kim loại và tạo hình vật liệu đi sâu vào nghiêncứu, vừa nghiên cứu lý thuyết, vừa nghiên cứu thực nghiệm để tìm ra phương pháp tốtnhất cho quá trình nung cảm ứng nay trong từng điều kiện cụ thé Dé phục vụ cho quátrình nghiên cứu của Luận an, tác giả chỉ tong quan tình hình nghiên cứu trên thế giớiliên quan đến nung cảm ứng trong kỷ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng: các nghiêncứu về giải bài toán tối ưu bằng phương pháp độ dốc liên hợp (CGM):
Trang 351.4.1 Giải quyết bài toán đông đều về nhiệt độ theo hướng thực nghiệm1.4.1.1 Các nghiênc uv t ohnh tr ng thai ban! ng
> Nghiên cứu về sự thay đổi cau trúc tế vi và cơ tính của một số hợp kim mau theonhiệt độ nung phôi ban đầu trong kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng của nhóm tácgiả C.A Loong của Viện Nghiên cứu vật liệu Công nghiệp của Canada [15], trong
nghiên cứu này nhóm tác giả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến cơ tính và cấu trúctế vi của hop kim mau đặc trưng và được sử dụng phổ biến là: hợp kim nhôm A357băng cách cho nung phôi ở những điều kiện nhiệt độ khác nhau từ 565 °C đến 625 °C(mỗi điểm nung cách nhau 10 °C), chi tiết sau khi được tạo hình trên thiết bị đúc áp lựccao ứng với từng điểm nhiệt nung sẽ được lẫy mẫu kiểm tra cấu trúc tế vi, kiểm tra cơtính với các kết quả sau: Cơ tính của vật đúc tốt nhất khi chúng ta chọn nhiệt độ đúc là585°C tương ứng pha lỏng là 50 %.
Cũng nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số đến cấu trúc tế vi và tính chất cơ họccủa chỉ tiết bánh răng xoăn trong hộp số của tác giả A Kolahdooz và cộng sự [11] -trường Dai học Kỹ thuật Babol, Iran, mục đích của nghiên cứu này là để thảo luận vềcau trúc tế vi và tính chất cơ học của một chỉ tiết cụ thé là bánh răng xoắn trong hộp sốkhi được tạo hình bằng phương pháp bán lỏng và trong nghiên cứu này, nhóm tác giảkhảo sát sự thay đôi của tính chất cơ học va cau trúc tế vi khi thay đôi một số thông sốban đầu của quá trình tạo hình như: tỉ lệ pha răn, nhiệt độ khuôn, áp suất, tốc độ và cácđiều kiện xử lý nhiệt Kết quả cho thấy băng cách gia tăng áp suất từ 100 MPa đến 150MPa, đường kính hạt trung bình đã giảm khoảng 7 % và hệ số hình dạng tăng khoảng11 % Đồng thời, trong nghiên cứu nay, các tác giả cũng khảo sát cau trúc tế vi bangcách thay đối nhiệt độ nung và thời gian giữ nhiệt trong quá trình nung đó Kết quacho thay cau trúc vi mô và tính chất cơ học tốt nhất ở nhiệt độ mau là 580 °C với thờigian giữ 10 phút [11].
Nghiên cứu của A Kazemi và cộng sự [10] trường Dai học Kỹ thuật Babol, Iran vé sựthay đối cau trúc tế vi và tinh chất co học của chi tiết mặt bích trong bom ly tâm.Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã thực nghiệm quá trình tạo hình một chi tiết cụthể từ khối bán lỏng và sử dụng trong nhiều chế độ ép khác nhau (vận tốc ép) cụ thể là1, 3 và 5 mm/s ứng với nhiều mức nhiệt độ nung phôi khác nhau từ 580 °C, 590 °C và
Trang 36600 °C và sau đó giữ nhiệt trong khoảng thời gian 5 phút, 10 phút, 15 phút để đồngđều vẻ nhiệt độ trong toàn khối bán long Từ đó kiểm tra cơ tính sản ph m sau khi tạohình thì cho kết quả cho thấy các tính chất cơ học tốt nhất có liên quan đến mẫu dậpxúc biến (Thixoforged) với cau trúc vi tế tốt nhất được thực hiện tại nhiệt độ bán lỏng600 °C, thời gian giữ 5 phút va tốc độ ép 5 mm/s Sau đó, việc xử ly nhiệt được thựchiện nhằm cải thiện tính chất cơ học của các bộ phận được sản xuất bởi quá trình tạohình xúc biến (Thixoforming).
+ 2 °C và giữ ở nhiệt độ này trong 10 phút Nhiệt độ của mẫu được do bang cặp nhiệt
Trang 37điện loại K Mục tiêu của bài báo này là chứng minh tính chất của phôi được cải thiệnđáng ké so với đúc trọng lực cụ thé thông qua hình dang và kích thước khác nhau củacác hat Si và pha a.
Nhận xét: Kết quả của nghiên cứu nay rất có giá tri bởi vi nó sẽ cung cấp cho chúng tanhững băng chứng khách quan về sự thay đổi cơ tính của chi tiết tại mỗi thời điểmnhiệt độ khác nhau, từ đó đưa ra phương án điều khiến, kiểm soát nhiệt độ một cáchchính xác và hơn nữa đây cũng là cơ sở dé đánh giá tính nổi trội khi tạo hình ở trạngthái bán lỏng so với tạo hình ở trạng thái lỏng trên cùng một điều kiện: cùng một chỉtiết có kích thước giống nhau và trên cùng một thiết bị tạo hình như nhau
1.4.1.2 Các nghiênc uv nungcam ng
> Nhóm tác gia Y.J Jung [54], của trường Dai hoc Pusan, Han Quốc tiễn hành nghiêncứu nung phôi Nhôm A357 ở vi trí nam ngang Trong nghiên cứu nay, tac giả sử dungphương pháp nung phôi “3 bước” — tổng thời gian nung và giữ nhiệt khoảng 10 phútđược thé hiện ở bang 1.1 và đặt vị trí nung năm ngang để giảm bớt hiện tượng “chânvoi”, phôi được nung băng thiết bị nung công suất 50 kW, và tần số nung là 350 Hz,kích thước chi tiết nung d x I=76 x 75mm, trong quá trình nung dé theo dõi độ chênhlệch nhiệt độ tại các vi trí của phôi, tac gia có đặt các cam biến nhiệt tại 3 vị trí (Hình1.14), sau khi nung phôi nung cũng được đem kiểm tra cấu trúc tế vi, sau quá trìnhnung tac gia cũng kiểm tra độ chênh nhiệt độ giữa các điểm khảo sát khoảng 7 °C, vàtác giả đưa ra kết luận: với phương pháp nung “3 bước” cau trúc tế vi của vật nung datđược có dạng hạt nhỏ phù hợp cho công nghệ tạo hình tiếp theo
Bang 1 1 Thời gian giữ nhiệt và gia nhiệt [54]
Thời gian gia nhi t, Thời gian giữ nhi t, Nhi t độ giữ nhi t,
[phut] [phut] [°C]Bước 1 | Bước 2 | Bước 3 | Bước 1 | Bước 2 | Bước 3 | Bước 1 | Bước 2 | Bước 3
3 2 | | | 2 380 578 585
Trang 38Hình 1 14 Vị trí đặt các thiết bị đo nhiệt [54]
500 +
⁄‘= 200; / == Diém A
Z, / Điêm B ]
100- — Điêm C
0 _
0 2 4 6 8 10
Thoi gian [phut]
Hình 1 15 So đồ quy trình nung theo nghiên cứu [54]Nhận xé: Kết quả của nghiên của nay của tác giả làm tài liệu tham khảo quan trọng
để so sánh với kết quả dự kiến thực hiện của Nghiên cứu sinh-kết quả kiểm tra cấu trúctế vi, thời gian nung và khoảng chênh lệch nhiệt độ tại các điểm khảo sát, đồng thờigiúp Nghiên cứu sinh có thêm tài liệu tham khảo cho quá trình thực nghiệm của mình.
> Dé cập đến nung cảm ứng cho công nghệ tạo hình xúc biến (Thixoforming), tác giảF.Dughiero và các cộng sự [28] thuộc đại hoc Padua (Y) cũng tiến hành những thínghiệm nghiên cứu trên phôi nung A356 có chiều dài 150 mm Mục tiêu của nghiêncứu này là khảo sát độ đồng đều vé nhiệt độ trên toàn bộ thể tích phôi nung, cũnggiống một số nghiên cứu trước tác giả cũng kiểm tra cấu trúc trước và sau khi nung.Phương pháp nung mà tác giả sử dụng là nung “một bước”, trong toàn bộ thời gian
nung phôi có hai khoảng nhiệt độ: một khoảng là giai đoạn tăng nhiệt độ nhanh chiếm
Trang 39khoảng 50 % thời gian nung và giai đoạn giữ nhiệt chiếm khoảng 50 % thời gian cònlại Kết quả của nghiên cứu này, tác giả cũng chỉ ra độ chênh nhiệt độ tại từng thờiđiểm nung và kết quả độ chênh nhiệt độ sau 380 giây là 5 °C.
Trang 40> Thiết kế cuộn nung cho nung cảm ứng băng phương pháp nung nhiều bước, tác giảH.K Jung và C.G.Kang [17, 19, 34], trong nghiên cứu này tác gia đưa ra cơ sở ly
thuyết để tính toán cuộn nung
tA ae Roy Ke ayes P P, xq
A, diện tích bê mặt nung tôi thiêu = — =
P, P,
Chiều dai cud ly =—lêu dai cuộn nung w “Ta
Chiều cao cuộnnung H=1, + (25 + 75)Với: P¡ : Công suất nguồn nhiệt [kW]
P, : Sản lượng [tan]q : Công suất nhiệt [kW]d : Đường kính phôi nung [mm]
Pa : mật độ công suất [kW/m]Di : Đường kính trong [mm]
Cụ thé để tính toán thiết kế cuộn nung cho phôi A356 có kích thước d x 1 = 76 x 90mm; các tác giả dé nghi gia thiết ban đầu cho D¡ = 100 mm, ly = 93 mm, H = 118 +168 mm, dé chọn cuộn nung phù hợp nhất tác giả sử dung ANSYS va với kết quả phântích tác giả chọn l„ phù hợp nhất là 120 mm với chiều dải này sẽ làm giảm thiểu nhấtảnh hưởng của hiệu ứng đầu mút khi đặt phôi nung trong cuộn nung Sau khi có kếtquả tính toán cuộn nung, tác giả đã thực nghiệm nung 3 bước va nung trong hệ thốngvới công suất nung tối đa là 50 kW, tong thời gian cho 3 bước nung là 10 phút, tác giảsử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm dé đánh giá kết quả trên cơ sở tiêu chí làđộ chênh nhiệt độ giữa các điểm trên phôi và cũng như các quá trình nghiên cứu khác,tác giả cũng kiểm tra cau trúc trước và sau mỗi lượt nung ứng với mỗi tham số nungkhác.
Trong quá trình nghiên cứu sử dụng ANSYS để phân tích và chọn tối ưu, tác giả cùngvới tác giả C.G Kang [19] sử dụng một phương pháp khác để tối ưu hoá quá trình thiếtkế các thông số của cuộn dây, cụ thé là sử dụng phương pháp số theo quy trình sau: