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 khí, nên vị trí có độ dày lớn thường nơi chứa khuyết tật dạng khí Để ngăn ngừa hình thành rỗ khí triệt để đúc chân không, song trình tốn kém, đòi hỏi thiết bị đắt tiền không phù hợp với thực tế sản xuất Khi kết hợp đúc áp lực khuấy bán lỏng dòng chảy rối phân tán chuyển thành dòng chảy tầng nên khí Từ 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 thông số công nghệ trình rheo-die casting tới hình thành tổ chức tính chất hợp kim A356 - Ứng dụng công nghệ đúc “Lưu biến- áp lực” (rheo-diecasting) vào việc chế tạo sản phẩm từ hợp kim nhôm có độ bền cao ngành chế máy động lực” Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: hợp kim nhôm A356 - Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu, đánh giá mẫu thử ứng dụng để chế tạo số sản phẩm ngành chế tạo máy phương pháp đúc “Lưu biến- áp lực” Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý thuyết công nghệ đúc “Lưu biến- áp lực” - Nghiên cứu mô tính chất dòng chẩy trình điền đầy khuôn dòng kim loại trạng thái bán lỏng - Nghiên cứu trình đông đặc hình thành tổ chức hợp kim công nghệ rheo-diecasting - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đúc Lưu biếnáp lực (rheo-diecasting) đến đặc tính học (độ bền, độ cứng, tỷ trọng) hợp kim A356 - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ rheo-diecasting để chế tạo số sản phẩm ngành máy động lực Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tài liệu công bố kết hợp với thực tế công nghệ đúc “Lưu biến- áp lực” - Nghiên cứu mô phần mềm MAGMAsoft ANSYS - Nghiên cứu thực nghiệm mẫu: + Chế tạo mẫu thử phương pháp công nghệ “Lưu biến- áp lực” + Phân tích đánh giá tổ chức, kiểm tra cơ, lý, tính mẫu thử chế tạo phương pháp công nghệ “Lưu biến- áp lực” Ý nghĩa khoa học thực tiễn *) Ý nghĩa khoa học - Là nghiên cứu công nghệ Lưu biến- áp lực (rheodiecasting) Việt Nam, sở cho việc đổi công nghệ, ứng dụng tiến KHKT Kết nghiên cứu luận án định hướng thiết kế công nghệ khuôn đúc “Lưu biến- áp lực” sở để lựa chọn vận tốc dòng chảy điền đầy hốc khuôn phù hợp cho loại sản phẩm có chiều dày thành vật đúc khác - Cho thấy ảnh hưởng áp lực ép tĩnh tới kích thước hạt: tăng áp lực ép tĩnh đến 205 MPa xuất nhóm hạt Al – α3 nhỏ mịn (khoảng 2-7 µm); không quan sát thấy nhóm hạt áp lực ép tĩnh 200 MPa; tỷ trọng hợp kim cao tới 2% so với áp lực ép tĩnh < 200 MPa Đó đóng góp bổ sung vào khoa học đúc lưu biến – áp lực *) Ý nghĩa thực tiễn - Luận án đưa thông số công nghệ trình đúc áp lực-lưu biến như: nhiệt độ rót, vận tốc dòng chẩy, áp lực ép mối quan hệ với chiều dày rãnh dẫn chiều dày thành vật đúc, kiểm chứng việc đúc thử 02 sản phẩm ngành Máy động lực - Kết nghiên cứu luận án tham khảo áp dụng triển khai để sản xuất chi tiết ngành chế tạo máy động lực, ô tô, xe máy nhằm thay chi tiết có khối lượng lớn chế tạo từ gang, đáp ứng nhu cầu sản xuất chi tiết đúc khối lượng nhẹ, loạt lớn tăng hiệu suất sử dụng 3 Những điểm luận án Đã đưa phương pháp thiết kế khuôn phù hợp với công nghệ đúc lưu biến-áp lực tìm thông số công nghệ thích hợp để đảm bảo dòng chảy tầng điền đầy khuôn Đã phát ưu điểm rõ rệt phương pháp đúc lưu biến-áp lực: dòng chảy tầng đồng hóa nhiệt độ khối kim loại, khiến gradient nhiệt độ giảm tạo điều kiện cho hình thành tổ chức trục cầu tròn phi nhánh Việc phân tích tổ chức tế vi phát ảnh hưởng rõ rệt áp lực (đặc biệt mức 205 MPa) tới hình thành tổ chức: độ nguội mức K hình thành góp phần làm cho mầm kết tinh có kích thước nhỏ ”sống sót”, tạo hạt tinh thể nhỏ mịn Kết nghiên cứu cho thấy việc kết hợp đúc lưu biến đúc áp lực mang lại yếu tố thuận lợi nhằm tạo tổ chức phi nhánh nhỏ mịn loại bỏ dạng khuyết tật phương pháp đúc áp lực rỗ khí; là: - Tạo mầm dị thể trục khuấy - Tạo dòng chảy tầng điền đầy khuôn - Đồng hóa nhiệt độ khối kim loại lỏng - Tạo độ nguội bổ sung làm giảm kích thước tới hạn mầm Kết nghiên cứu cho thấy việc kết hợp đúc lưu biến đúc áp lực mang lại yếu tố thuận lợi nhằm giảm thiểu dạng khuyết tật điển hình sản phẩm đúc nói chung đúc áp lực nói riêng xốp tế vi yếu tố: - Giảm khí dòng chảy tầng - Giảm lực cản cho trình ”nuôi” nhờ việc tạo tinh thể dạng cầu tròn thay dạng nhánh - Thúc đẩy trình ”nuôi” nhờ áp lực Kiến nghị Thiết bị chế tạo vật liệu bán lỏng hệ thống tự động hóa thô sơ chưa có thiết bị rót tự động Đề nghị có nghiên cứu sâu việc kiểm soát nhiệt độ tự động khuôn đúc áp lực buồng nạp 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, thực tế bề dày mm đến mm cho kết đúc tốt Tuy nhiên, đúc áp lực cao, kim loại lỏng điền đầy hốc khuôn qua rãnh dẫn với vận tốc cao, dòng chảy khuôn dòng phân tán dòng chảy rối điền đầy khuôn nguyên nhân tạo oxit, rỗ xốp gây khó khăn cho trình xử lý nhiệt Xốp khí vị trí ụ dầy nguyên nhân làm giảm độ bền đáng kể chi tiết đúc nhiệt luyện Để khắc phục nhược điểm công nghệ đúc áp lực người ta thường phải đúc rót chân không chi phí tốn Nếu đúc áp lực với kim loại trạng thái bán lỏng dòng chảy chuyển thành dòng chảy tầng kim loại dạng sệt bị khí Tuy nhiên, phải hạ nhiệt độ hợp kim đến vùng bán lỏng trạng thái độ nhớt hợp kim tăng, khả điền đầy khuôn Để độ nhớt hợp kim không tăng cao giảm nhiệt độ xuống đường lỏng cần: - Khuấy kim loại trạng thái bán lỏng để bẻ gãy nhánh tỷ phần pha rắn tương đối lớn - Đúc nhiệt độ gần liquidus (chủ yếu tạo mầm dị thể) Như kết hợp đúc áp lực khuấy bán lỏng rỗ khí khắc phục lý do: - Áp lực phân tán phần tử ô xýt nhôm toàn khối kim loại - Dòng chảy rối phân tán chuyển thành dòng chảy tầng nên khí Đó lý phương pháp công nghệ đúc lưu biến (rheocasting) thường kết hợp với công nghệ đúc áp lực (diecasting) đời phương pháp “Lưu biến- áp lực” (RDC- rheo-diecasting) cho kết tốt Chương TỔNG QUAN 1.1 Đúc áp lực Đúc áp lực phương pháp sản xuất phôi nhằm tạo chi tiết có kích thước xác chuyển động dòng lưu chất kim lọai lỏng tác dụng áp suất thay trọng lực phương pháp đúc thông thường khác Quá trình đúc áp lực mô tả sau: kim loại lỏng đưa vào khuôn áp lực cao thông qua xylanh-piston nạp hay gọi buồng nạp, buồng ép Áp lực lớn, tốc độ nguội nhanh, làm cho sản phẩm đạt tổ chức hạt nhỏ mịn, tăng tính Có kiểu công nghệ đúc áp lực đúc áp lực buồng nguội (cold chamber) đúc áp lực buồng nóng (hot chamber) Đúc áp lực có ưu điểm giảm thiểu dung sai, bề mặt nhẵn, đảm bảo đồng chiều dày vật đúc Sản phẩm đúc áp lực cao đa dạng hình dáng kết cấu, phục vụ nhiều lĩnh vực khác chế tạo chi tiết máy, thiết bị điện, y tế, giáo dục, hàng không…Tuy nhiên nhược điểm phương pháp khí, gây rỗ khí khiến độ xít chặt vật đúc không cao, không nhiệt luyện nung nhiệt độ cao rỗ khí nở 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) Quá trình đúc lưu biến (Rheocasting) 1.2.1.1 Đúc xúc biến Đầu tiên chế tạo cấp liệu có tổ chức độ hạt theo yêu cầu Sau đó, cấp liệu cắt thành đoạn nhỏ nung cảm ứng đến nhiệt độ tồn trạng thái bán lỏng, chuyển đến máy đúc ép vào khuôn với lực ép lớn Ưu điểm phương pháp: tiết kiệm lượng dễ tự động hóa, hoàn toàn loại bỏ khí vào khuôn Nhược điểm phương pháp: chi phí đầu tư cao, cấp liệu khó chế tạo sản phẩm thừa (phế phẩm, hệ thống rót,…) tái sử dụng cho lần đúc sau, nghiên cứu giới chủ yếu tập trung vào đúc lưu biến 1.2.1.2 Đúc lưu biến Sau nấu luyện, hợp kim làm nguội kết hợp khuấy trộn, sau chuyển đến máy đúc tạo hình với lực ép lớn Ưu điểm phương pháp lưu biến so với đúc xúc biến: đúc nhiều loại hợp kim, sản phẩm thừa (phế phẩm, hệ thống rót,…) dùng làm hồi liệu, kết hợp với phương pháp đúc áp lực nên giảm chi phí đầu tư ban đầu Nhược điểm: khả tự động hóa không cao đúc xúc biến 1.2.3 Phối hợp đúc lưu biến- đúc áp lực (Rheo diecasting- RDC) Các phương pháp đúc lưu biến kết hợp 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 sục khí phương pháp đúc ”đúc lưu biến- áp lực” Đây hướng giới lĩnh vực sản xuất chi tiết từ hợp kim mầu nhẹ 1.3 Tình hình nghiên cứu nước PGS.TS Nguyễn Hồng Hải thực đề tài mã số KC0223/06-10 “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đúc bán lỏng để chế tạo sản phẩm từ hợp kim nhôm có độ bền cao ngành chế tạo máy động lực, ô tô, xe máy” Đề tài xác định cửa sổ công nghệ trình khuấy điện từ khuấy trục graphite Tiến sỹ Nguyễn Ngọc Tiến thực đề tài “Nghiên cứu công nghệ đúc bán lỏng với hợp kim A356” phương pháp khuấy từ tạo mầm cho kết khả quan Kết luận: Trên sở khảo sát phân tích nghiên cứu, hệ thống thiết bị đúc bán lỏng thực tế Việt nam hiên nay, hầu hết chi tiết máy động lực, ô tô, xe máy đúc áp lực lựa chọn hệ thống thiết bị Nghiên cứu sinh sử dụng để nghiên cứu dựa nguyên tắc sau: Kết hợp đúc lưu biến đúc áp lực (Rheo-diecasting) Bảo đảm linh hoạt hệ thống cách tích hợp thiết bị chế tạo thiết bị có sẵn Kế thừa phát triển kết nghiên cứu mà NCS đạt thực đề tài KC02-23/06-10 Phương pháp đúc lưu biến lựa chọn phương pháp MIT Cơ sở lý thuyết tạo mầm dị thể, với tỷ phần pha rắn  10%, có ưu điểm thời gian công nghệ ngắn, thông số công nghệ kiểm soát dễ dàng, chi phí ban đầu thấp dễ dàng tích hợp vối thiết bị sẵn có (lò nấu, máy đúc áp lực cao) Như vậy, cần kết hợp thiết bị tạo vật liệu bán lỏng với máy đúc áp lực lò nấu có công nghệ “Đúc Lưu biến- áp lực” Điều cho phép giảm chi phí đầu tư ban đầu ứng dụng công nghiệp làm cho trình sản xuất trở nên linh hoạt (có thể đúc áp lực kết hợp đúc áp lực với đúc bán lỏng) Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Ảnh hưởng áp lực đến tổ chức tính chất hợp kim Các trình liên quan tới kết tinh đông đặc áp lực chia thành loại: - Áp lực 200 MPa, ứng dụng công nghiệp chủ yếu nhằm thay đổi hệ số trao đổi nhiệt kim loại đông đặc khuôn, đồng thời làm giảm độ xốp vật đúc - Áp lực tới GPa, tác động tức thời (trong khoảng 0,2s) nhằm tạo nguội trình kết tinh nhanh sau 2.1.1 Ảnh hưởng áp lực đến tính chất nhiệt lý Áp lực đặt lên kim loại lỏng trình kết tinh có ảnh hưởng đáng kể tới thông số nhiệt lý nhiệt độ nóng chảy, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt nóng chảy v.v… 2.1.2 Ảnh hưởng áp lực đến cân pha Sự thay đổi nhiệt độ nóng chảy (kết tinh) kim loại hợp kim biểu ảnh hưởng áp lực tới cân pha Ở có thay đổi lượng, mà có thay đổi chất: xuất pha thay đổi tính chất pha cũ Việc nghiên cứu giản đồ pha có xét tới áp suất có ý nghĩa thực tiễn to lớn việc tìm hợp kim biến tính hợp kim cũ: áp lực làm thay đổi đáng kể giản đồ trạng thái, dịch chuyển đường chuyển pha, hình thành pha vùng pha Bởi cách tác động áp lực lên kim loại trình kết tinh làm thay đổi tổ chức, tính tính chất khác chúng 2.1.3 Ảnh hưởng áp lực tới thông số trình kết tinh Quá trình kết tinh việc hình thành mầm kết tinh sau phát triển chúng Động học trình chuyển pha đánh giá theo thông số: số lượng mầm hình thành đơn vị thể tích sau đơn vị thời gian (tốc độ tạo mầm) tốc độ phát triển mầm Việc phân tích phương trình 2dT cho thấy, làm giảm kích thước tới hạn mầm rth  TVdp kết tinh không cách giảm sức căng bề mặt  tăng độ nguội T, mà cách tăng áp suất bên tác động lên kim loại trình đông đặc, dp Ngoài tăng áp suất, tương tự tăng độ nguội, làm tăng tốc độ tạo mầm, thông số quan trọng trình kết tinh 2.1.4 Những thay đổi cấu trúc kim loại hợp kim kết tinh áp lực Khi kim loại, hợp kim kết tinh đông đặc áp lực tổ chức cấu trúc xảy thay đổi sau: - Kích thước trung bình hạt giảm, thành phần phân bố pha thay đổi, giảm kích thước tới hạn mầm tăng số lượng mầm, tăng độ đồng thành phần giảm mức độ thiên tích nội hạt, tăng mật độ lệch Các yếu tố mức độ khác có ảnh hưởng tốt đến việc cải thiện tổ chức hợp kim, qua cải thiện tính chất chúng 2.2 Đặc điểm trình điền đầy khuôn đúc áp lực Trong trình đúc áp lực, kim loại điền đầy khuôn với vận tốc cao Vận tốc nạp dao động khoảng 0,5 – 120 m/s; khuôn điền đầy khoảng vài phần mười, chí vài phần trăm giây, cho phép chế tạo vật đúc có thành mỏng với bề mặt nhẵn đẹp Tính chất dòng chảy kim loại khuôn chia thành loại: chảy tầng, chảy rối chảy phân tán phụ thuộc vào: vận tốc nạp; tương quan chiều dày rãnh dẫn chiều dày thành vật đúc; độ nhớt sức căng bề mặt kim loại lỏng; điều kiện trao đổi nhiệt kim loại lỏng thành khuôn 2.3 Mô hình dòng chảy phương pháp tính toán động lực học chất lỏng Phương pháp tính toán động lực học chất lỏng phương pháp mô dòng chảy chất lỏng, truyền nhiệt, truyền khối, phản ứng hóa học, tượng liên quan cách giải phương trình toán học phương pháp số 2.4 Mô hình k- Mô hình k- có ba mô hình tiêu chuẩn, RNG Realizable Cả ba mô hình tương tự với phương trình cần cho k  9 2.5 Cơ sở lý thuyết lưu biến Trong chất lỏng Newton, ứng suất cắt tỷ lệ với tốc độ cắt hệ số tỷ lệ độ nhớt Chất lỏng thixotropic chất lỏng phi Newton, tức ứng suất cắt không tỷ lệ với tốc độ cắt Độ nhớt gọi độ nhớt biểu kiến phụ thuộc vào tốc độ cắt tỷ phần pha rắn Vật liệu có đặc tính thixotropic có đặc tính: độ nhớt giảm bị khuấy tăng trạng thái nghỉ Phần lớn kim loại vật liệu thixotropic (còn gọi shear thinning, tức mỏng cắt) 2.6 Cơ sở lý thuyết trình tạo mầm Quá trình đông đặc đòi hỏi xếp lại nguyên tử từ trật tự gần sang trật tự xa Tạo mầm trình định giai đoạn đầu đông đặc nhanh chóng dẫn đến hình thành số hạt tinh thể cuối Bởi vậy, điều kiện dẫn tới tạo mầm vô quan trọng định đặc tính tổ chức kim loại Có hai loại: tạo mầm nội sinh (đồng thể) tạo mầm ngoại sinh (dị thể) Trong nghiên cứu chủ yếu quan tâm đến tạo mầm dị thể trình tạo mầm dị thể hàng rào lượng trình tạo mầm thấp nhiều so với tạo mầm đồng thể đánh giá qua hàm f(),  góc thấm ướt mầm dị thể pha rắn 2.7 Đặc điểm hợp kim Al-Si Hợp kim nhôm-silic gọi silumin họ hợp kim dùng nhiều nhất, có tỉ bền cao, trọng lượng riêng nhỏ, khả dẫn nhiệt tốt (151  163 W/mK), giãn nở nhiệt nhỏ, chống ma sát tốt chịu nhiệt độ cao Theo giản đồ trạng thái, ta thấy tổ chức, silumin có thành phần sau: -  : dung dich rắn, hoà tan silic - [ + tinh ( + Si)]: hợp kim silumin trước tinh - Cùng tinh ( + Si) gồm có hạt Si hình kim  - Sau tinh [Si1(thô to) + tinh ( + Si)] Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án hợp kim nhôm A356 Hợp kim A356 có thành phần bảng 3.1 Bảng 3.1 Thành phần hợp kim A 356 10 Ng tố % Cu 0,2 Mg 0,25-0,45 Mn  0,1 Si 6,5-7,5 Fe  0,2 Zn  0,1 Ti  0,2 3.2 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tài liệu công bố kết hợp với thực tế công nghệ đúc “Lưu biến- áp lực” - Nghiên cứu mô phần mềm MAGMAsoft ANSYS - Nghiên cứu thực nghiệm mẫu: + Chế tạo mẫu thử phương pháp công nghệ “Lưu biến- áp lực” + Kiểm tra cơ, lý, tính đánh giá mẫu thử chế tạo phương pháp công nghệ “Lưu biến- áp lực” Chương 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 tổng diện r  m * * 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 sở nhôm bán lỏng Vnap thông thường nằm khoảng từ 2-8m/s) Thay thông số vào công thức 4.1 ta fd [7]: fd  0,3  0,07  0,000419,9m 2670 * * 0,066 Như diện tích rãnh dẫn fd = 420 mm2; (diện tích miệng phun chỗ thắt) Như vậy, từ diện tích rãnh dẫn tính fd = 420 mm2, tiết diện rãnh dẫn cho mẫu thử là: 420/4=105 mm2 4.2.2 Tính toán hệ thống thông cho khuôn Lưu biến- áp lực Áp dụng công thức thực nghiệm [7]; tính toán fh sau: f h  0.65* g *  k *Vvd * Tk 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 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]: f n  0,65 * 9,81 0,04 * 280 *10 6 * 883 1, 43   16315,5 * 0,066 *    1,6  1, 71      1,6  7,8 *10 6 m Như tổng thiết diện rãnh fh = 7,8 mm2, tiết diện rãnh cho mẫu thử là: 7,8/4=1,95 mm2 Lựa chọn tiết diện rãnh là: 3,9x0,5mm 4.2 Mô số trình công nghệ đúc Lưu biến- áp lực Sử dụng phương pháp tính động lực học dòng chảy (CFD) để mô trình kết tinh hợp kim nhôm A356 công nghệ đúc lưu biến- áp lực Phần mềm MAGMA mô vận tốc dòng chảy hợp kim nhôm hốc khuôn Phần mềm ANSYS để tính toán đưa phân bố trường nhiệt độ tỷ phần pha thời điểm áp suất ép tĩnh khác 4.2.1 Mô hình vật liệu Bảng 4.3 Các thông số nhiệt lý 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 khuôn kim loại Khuôn thép Khối lượng riêng D( kg/m3 ) Nhiệt dung riêng Cp( j/kg.k ) Độ dẫn nhiệt λ (w/m.k) 4.2.2 Thông số công nghệ  Vận tốc kim loại qua rãnh dẫn vk = 5m/s  Áp suất ép tĩnh: 185÷205 MPa  Nhiệt độ rót: Tr = 883 oK 7500 690 35 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 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 cho bột bentônít vào trộn 4.3.3 Chuẩn bị nồi nấu Nồi nấu làm gang Để tránh tạp chất xâm nhập vào hợp kim nhôm, phải đảm bảo nồi phải quét lớp sơn bảo vệ trước 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 dính dầu mỡ Đối với liệu ẩm cần sấy khô cách gác liệu miệng lò trước 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 biến tính hợp kim nhôm đúc áp lực Khi kim loại lỏng 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 nhiệt độ khoảng 670÷690oC Kết thúc trình hợp kim hóa, hạ nhiệt độ kim loại lỏng xuống 650-660oC để chuẩn bị cho 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 can nhiệt, đồng hồ hiển thị, lắp trục khuấy graphite - Kiểm tra hoạt động thiết bị khuấy chế độ vận hành tay - Kiểm tra hoạt động thiết bị chế độ tự động 13 Quá trình khuấy bán lỏng thực bán tự động, trình bày hình 4.3 Kim loại lỏng rót vào gầu rót (1) đặt bình ổn nhiệt (2) Đặt can nhiệt (3) vào khoảng trục graphite với thành gầu rót Quy trình khuấy đặt tự động sau: 1) Khi nhiệt độ kim loại lỏng gầu rót (1) đạt 6250C động (4) hoạt động dịch chuyển trục khuấy xuống dừng chuyển động chạm vào công tắc hành trình (7) Hình 4.3 Thiết bị khuấy bán lỏng 2) Đồng thời động (5) hoạt trục graphit động với tốc độ quay trục khuấy Ø30mm (6) 200 vòng/phút 3) Khi nhiệt độ gầu rót (1) đạt nhiệt độ 6100C động (5) dừng hoạt động, động (4) kích hoạt để dịch chuyển trục khuấy lên dừng dịch chuyển chạm vào công tắc hành trình (8); thời gian khuấy khoảng 12÷15 giây 4) Tiến hành rót vào buồng nạp máy đúc áp lực Thời gian vận chuyển kim loại từ máy đúc lưu biến sang máy đúc áp lực 2-3s Trong thời gian nhiệt độ gáo rót giảm 10 4.4.2 Chuẩn bị thiết bị đúc áp lực - Lắp đặt, thiết lập chế độ hoạt động khuôn - Tính toán thông số công nghệ, cài đặt cho máy đúc: lắp 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 máy áp lực để chế tạo mẫu sản phẩm Chương KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 14 5.1 Kết mô trình điền đầy khuôn 5.1.1 Kết mô trình điền đầy khuôn với tỷ lệ chiều dày rãnh dẫn h chiều dày thành vật đúc H, h/H = 0,5 Kết mô dòng chảy cho mẫu thử khuôn đúc áp lực, rót hợp kim nhôm A356 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 dòng chảy rối Khoảng trống không khí hốc khuôn thu hẹp dần phía chi Hình 5.1 Vận tốc điền đầy khuôn tiết, không khí thoát thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=84%, h/H=0,5 thông qua đậu tràn, rãnh thoát khí chốt đẩy Đây đặc trưng đúc lưu biếnáp lực: xuất bọt khí nhỏ chi tiết đúc nên sản phẩm đúc lưu biến- áp lực nhiệt luyện để cải thiện tính 5.1.2 Kết mô trình điền đầy khuôn với tỷ lệ chiều dày rãnh dẫn h chiều dày thành vật đúc H, h/H = 0,7 Kết mô dòng chảy cho mẫu thử khuôn đúc áp lực, rót hợp kim nhôm A356 nhiệt độ 6100C, tỷ lệ chiều dày rãnh dẫn h chiều dày thành vật đúc H, h/H=0,7; vận tốc dòng chảy kim loại hốc khuôn khoảng 3÷3,6m/s (hình 5.2), dòng kim loại điền đầy tuần tự, không xuất dòng chảy rối Khoảng trống Hình 5.2 Vận tốc điền đầy khuôn thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn không khí hốc khuôn P=92%, h/H=0,7 thu hẹp dần phía chi tiết, không khí thoát thông qua đậu tràn, rãnh thoát khí chốt đẩy 5.1.3 Kết mô trình điền đầy khuôn với tỷ lệ chiều dày rãnh dẫn h chiều dày thành vật đúc H, h/H = 0,8 15 Khi thay đổi tỷ lệ chiều dày rãnh dẫn h chiều dày thành vật đúc H, h/H, tức thay đổi tốc độ điền đầy khuôn, tính chất dòng chảy trình điền đầy khuôn thay đổi Dòng chảy tầng đạt với vận tốc nạp tới m/s (hình 5.3), mặt cho phép chế tạo vật đúc thành dầy mà không bị rỗ khí, mặt khác cho phép điền đầy vị trí thành mỏng cách rõ nét Kết mô chi tiết mẫu thử thay đổi tỷ Hình 5.3 Vận tốc điền đầy khuôn lệ h/H, vận tốc dòng chảy tới thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=95%, h/H=0,8 hạn điền đầy hốc khuôn dòng chảy tầng 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 làm sở để lựa chọn kiểu dạng rãnh dẫn vận tốc điền đầy hốc khuôn cho loại sản phẩm cụ thể 5.2 Kết mô trình truyền nhiệt 5.1.1 Trường nhiệt độ vật đúc Khi đúc áp suất ép tĩnh 185 MPa áp suất 205 MPa, thời điểm 3s trình kết tinh áp lực cao, toàn mẫu thử nhiệt độ đồng 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 đúc áp lực cao (185 MPa) nhiệt độ nóng chảy hợp kim Al-Si tăng lên khoảng 120C Vì vậy, khoảng thời gian ép tĩnh 3s, mẫu thử đông đặc hoàn toàn áp lực cao, đặc trưng đúc áp lực cao 5.2.2 Phân bố nhiệt độ mặt cắt biến thiên nhiệt độ vị trí tâm mẫu Khi rót kim loại lỏng A356 vào khuôn với nhiệt độ rót 6100C, với áp lực ép tĩnh 185Mpa biểu đồ phân bố nhiệt độ mặt cắt hình 5.4 hình 5.5 thời điểm 3s cho thấy đường nhiệt độ qua mặt cắt A-A (P1), B-B (P2), C-C (P3) chênh lệch 16 nhiệt độ lớn vị trí trên, nhiệt độ đạt khoảng 5690C (8420K) Có thể giải thích tốc độ nguội cao (thông thường khoảng 103 K/s) nên trình đông đặc không cân bằng, lượng pha lỏng lại lớn nên việc làm đồng hóa nhiệt độ khiến cho tinh thể phát triển theo hướng điều kiện quan trọng cho việc hình thành hình thái tinh thể trục (equi-axed) cầu tròn Hình 5.4 Phân bổ nhiệt độ mặt cắt vật đúc thời điểm 3s với áp lực 185MPa, nhiệt độ rót 6100C Hình 5.5 Biến thiên nhiệt độ vị trí tâm vật đúc đến thời điểm 7s với áp lực 185MPa, nhiệt độ rót 6100C Kết luận: Việc phân tích kết mô số trình truyền nhiệt cho thấy rõ ràng việc kết hợp đúc lưu biến đúc áp lực thuận lợi: áp lực giúp cho việc hình thành tinh thể trục, cầu tròn phi nhánh trở nên dễ dàng đồng hóa nhiệt độ toàn thể tích 5.3 Tổ chức tế vi mẫu đúc lưu biến-áp lực Hợp kim A356 nấu luyện lò điện trở dung tích 150kg, nhiệt độ kim loại sau biến tính, khử khí 6600C Bảng 5.1 Thành phần hóa học hợp kim A356 Nguyên tố, % Mác A356 theo tiêu chuẩn Mẫu (phụ lục 1) Mẫu (phụ lục 2) Mẫu (phụ lục 3) Cu  0,2 Mg 0,250,45 Mn  0,1 Si 6,57,5 Fe Zn Ti  0,2  0,1  0,2 0,0105 0,3684 0,0033 7,1172 0,0490 0,0178 0,1334 0,0171 0,3625 0,0116 7,1458 0,0561 0,0182 0,1271 0,0132 0,4166 0,0118 7,2454 0,0522 0,0317 0,1425 Al Còn lại Còn lại Còn lại Còn lại 17 Trên bảng 5.1 cho thấy, hàm lượng nguyên tố hợp kim Si, Mg, Ti nằm dải cho phép tiêu chuẩn hợp kim A356 [36] 5.3.1 Sự hình thành pha Sự hình thành phát triển tổ chức tế vi xảy đúc thông thường theo hình thái nhánh với tập trung tạp chất biên hạt khu vực nhánh Các tinh thể phát triển chủ yếu theo hướng ngược với hướng truyền nhiệt dẫn tới hình thành 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 có hình dạng phi nhánh tương đối đồng Do kết hợp khuấy nhằm làm tăng tốc độ tạo mầm, đồng hóa nhiệt độ kết hợp với nhiệt độ rót thấp (6100C), gần với nhiệt độ đông đặc hợp kim làm giảm, chí vùng tinh thể dạng cột Khi thay đổi áp lực ép tĩnh là: 185; 190; 195; 200; 205 MPa, thấy rõ xuất nhóm hạt: nhóm hạt 1 có kích thước khoảng 35µm gần không thay đổi, nhóm hạt 2 mảnh vỡ nhánh nhóm hạt 3 có kích thước nhỏ mịn (khoảng 2-7 m) Áp lực ép tĩnh lớn nhóm hạt Hình 5.6 Ảnh tổ chức (x1000): MIT-200, 3 nhỏ có kích thước Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C,Tkh = 6250 C, Tr = 6100 C, Pt=205MPa khoảng 2-7µm Đây trình đông đặc thứ cấp quan trọng, lẽ vào khuôn tới khoảng 80% kim loại trạng thái lỏng Việc tạo nhóm hạt 3 giải thích sau: thông thường sau đạt kích thước tới hạn, mầm phát triển đến kích thước ổn định, sau chúng bị ổn định từ mặt sít chặt phát triển nhánh Nếu nhiều mầm hình thành lúc, chúng phát triển đến, chí chưa kịp phát triển đến giới hạn ổn định, nhánh không hình thành Quá trình sinh hạt hình cầu nhỏ mịn α3 Đường kính kích thước hạt trung bình α3 ≤ μm, kích thước nhỏ nhiều 18 lần kích thước hạt α1 (đường kính trung bình α1 35 m) sinh kết tinh gầu rót Có thể thấy số hạt 3 có kích thước nhỏ (chỉ vài m) Rõ ràng chúng hình thành với độ nguội lớn 5.3.2 Sự hình thành tinh Ở giai đoạn cuối trình đông đặc, vùng pha lỏng đông đặc sau xảy phản ứng tinh Như Si tinh nằm vùng hạt tinh thể Cùng tinh Al-Si tinh không đều, Si pha có hành vi tạo bề mặt nét rõ rệt, trình đông đặc thông thường Si Hình 5.32b Cùng tinh tinh có dạng phiến thô Tuy nhiên trường hợp rheo-diecasting thấy Si tinh chuyển sang dạng sợi tuyết Kích thước (đường kính) sợi Si nhỏ, khoảng vài trăm nm 5.4 Kết nghiên cứu tỉ trọng hợp kim A356 5.4.1 Các chế độ công nghệ - Hợp kim A356 có thành phần hóa học trên, sau múc vào gáo rót, nhiệt độ kim loại đạt 6250C khuấy trục graphít với vận tốc 200 vòng/phút Khi nhiệt độ 6100C tiến hành rót vào buồng ép máy đúc áp lực Khuôn đúc lưu biến- áp lực cho mẫu thử với tỷ lệ chiều dày rãnh dẫn h chiều dày thành vật đúc H, h/H= 0,8, lựa chọn vận tốc nạp miệng phun 5m/s (tương ứng vận tốc di chuyển piston v2 = 1,5m/s) - Thí nghiệm chế độ đúc áp lực tiến hành rót với nhiệt độ kim loại 6600C, vận tốc nạp miệng phun 12m/s (tương ứng vận tốc điền đầy piston v2 = 3,6m/s) 5.4.2 Kết xác định tỷ trọng 5.4.2.1 Kết xác định tỷ trọng theo chiều dọc mẫu Các mẫu thử gia công, mài phẳng với kích thước 8x8x180mm, tiến hành cân tỷ thiết bị cân tỷ trọng AD 1653/ GR-202 Nhật Bản Các kết tỷ trọng hợp kim nhôm A356 với chế độ đúc khác trình bày bảng 5.2 Bảng 5.2 Ảnh hưởng áp lực ép tĩnh đến tỷ trọng HK A356 19 Ảnh hưởng áp lực ép tĩnh đến tỷ trọng hợp kim A356 Áp lực ép tĩnh, MPa 185 190 195 200 Tỷ trọng hợp kim A356- bán 2,651 2,659 2,667 2,672 lỏng, nhiệt độ rót: 6100C, (g/cm3) Tỷ trọng hợp kim A356, nhiệt độ 2,607 2,612 2,619 2,623 rót: 6600C, (g/cm3) Độ chênh (g/cm3) 0,044 0,047 0,048 0,049 Độ chênh trung bình 0,0474 205 2,677 2,628 0,049 5.4.2.2 Kết xác định tỷ trọng ba vị trí mẫu Kết mô phân bố tỷ trọng mẫu đúc với áp suất ép tĩnh 200 MPa, có chênh lệch phân bố tỷ trọng vùng mẫu Để thấy rõ chênh lệch này, ta xác định tỷ trọng mẫu đúc thử nghiệm Kết đo tỷ trọng tuyệt đối mẫu thử đúc lưu biến – áp lực với điều kiện tiến hành mô Ta thấy ứng với vị trí P1, P2, P3 (hình 5.4) có giá trị là; 2676 kg/m3, 2667 kg/m3 2672kg/m3 Mặc dù chênh lệch không đáng kể kết thực nghiệm chứng minh giải thích ảnh hưởng áp suất ép tĩnh đến tốc độ nguội trình kết tinh, hình thành tổ chức hoàn toàn phù hợp Tương tự kết tỷ trọng tuyệt đối mẫu thử đúc áp lực với điều kiện tiến hành mô Ta thấy ứng với vị trí 1, (hình 5.4) có giá trị là; 2634 kg/m3, 2601 kg/m3 2616 kg/m3 Kết thí nghiệm cho thấy mẫu đúc công nghệ đúc áp lực thông thường vị trí P1, P2, P3 có tỷ trọng nhỏ so với mẫu đúc công nghệ đúc lưu biến-áp lực Kết luận: Việc phân tích kết mô số trình truyền nhiệt so sánh phân bố tỷ trọng với kết thực nghiệm cho thấy rõ ràng việc kết hợp đúc lưu biến đúc áp lực thuận lợi: Việc hình thành tinh thể trục, cầu tròn phi nhánh gây cản trở cho trình “nuôi” tinh thể nhánh ma sát kim loại lỏng tinh thể giảm, nhờ xốp co tỷ trọng tăng Áp lực giúp cho trình “nuôi” vật đúc tốt nhờ việc thấm lọc qua vùng pha Việc điền đầy khuôn dòng chảy tầng khiến khí giảm, dẫn đến việc giảm rỗ khí, nhờ mà tỷ trọng tăng 20 Rõ ràng ưu điểm bật phương pháp rheo-diecasting 5.5 Nghiên cứu phân tích cấu trúc Kỹ thuật quan trọng phổ biến Cơ học phá hủy, bề mặt thực mặt gẫy quan sát đánh giá phương pháp chụp phân tích kính hiển vi điện tử quét Có thể nhận thấy rõ ảnh mặt gẫy phá hủy xảy theo chế đứt bên hạt, tạo mặt gẫy với “lúm đồng tiền” tiêu biểu cho kiểu phá hủy dẻo Kiểu phá hủy đặc trưng cho loại vật liệu có khả biến dạng dẻo đáng kể (hay dự trữ độ dẻo) trước phá hủy Hợp kim A356 hợp kim hóa số nguyên tố hợp kim Mg, Cu, Ti, nên có chứa số pha hóa bền phân tán vừa làm tăng độ bền, vừa giảm bớt xu hướng phá hủy ròn vốn có silumin đơn giản không hợp kim hóa Phân tích EDX MIT200, Vkh = 200v/ph, Tk = 1550 C, Tkh = 6250 C, Tr = 6100 C, Pt=200 MPa sau nhiệt luyện cho thấy vùng phá hủy dẻo thành phần chủ yếu Al, Si, Mg (thành phần Hình 5.40 Mặt gẫy mẫu MIT-200 hợp kim A356) 5.6 Kết nghiên cứu độ cứng hợp kim A356 Khảo sát độ cứng mẫu đúc chế tạo trình đúc lưu biến-áp lực, áp lực ép tĩnh 200 kg/cm2; kết trình bầy 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 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 21 Có thể thấy vị trí P2 (hình 5.4), độ cứng có giá trị thấp nơi nguội sau mẫu đúc Tại vị trí P1, độ cứng cao nơi bị tác động áp lực ép tĩnh lớn nhất, độ sít chặt tốt Độ cứng trung bình mẫu đạt khoảng 80HV (tương đương 74HB), đạt tiêu chuẩn so với ASM (60-70 HB) 5.7 Kết nghiên cứu độ bền kéo hợp kim A356 Kết nghiên cứu cho thấy, độ bền kéo trung bình mẫu đúc áp lực đạt 210MPa (mẫu số 6) với công nghệ đúc áp lực nhiệt độ rót cao dòng chảy rối nên thể tích mẫu thường chứa bọt khí nhỏ Si tinh dạng Hình 5.54 Độ bền kéo mẫu đúc với thô Các mẫu chế công nghệ chế tạo khác tạo công nghệ đúc Lưu biến- Áp lực có độ bền kéo tương đối ổn định đạt trung bình khoảng 270 Mpa (mẫu số đến 5) Hội Kim loại Mỹ (Americal Society of Metals – ASM [33]) đưa tiêu chuẩn độ bền kéo cho hợp kim 220 MPa Chương ỨNG DỤNG CHẾ TẠO SẢN PHẨM 6.1 Chế thử sản phẩm thân bơm BRA50 Hình 6.5 Sản phẩm thân bơm trước (a) sau hiệu chỉnh rãnh thoát (b) Hình 6.5 sản phẩm chi tiết thân bơm BRA50 chế tạo công nghệ Lưu biến- áp lực.Trên hình 6.5a cho thấy sản phẩm chưa điều chỉnh rãnh bị nhăn bề mặt phía trong, khuyết tật rỗ khí Các vết nhăn áp suất khí khuôn tăng khí không thoát kịp qua rãnh thoát nên dòng kim loại 22 chuyển động rối tạo thành Sau điều chỉnh rãnh sản bề mặt phẩm không vết nhăn hình 6.5b So sánh với trường hợp đúc áp lực (hình 6.6) chất lượng tốt hẳn Hình 6.6 Khuyết tật rỗ xốp vật đúc đúc áp lực (a) không rỗ xốp (b) đúc Lưu biến- áp lực 6.2 Nắp hông động RV125 Chi tiết nắp hông RV125 với trọng lượng vật đúc 2,4 kg, trọng lượng hệ thống rót, đậu tràn 1,2kg Tiến hành chế tạo sản phẩm phương pháp đúc lưu biến- áp lực, chi tiết nắp hông RV125 có bề mặt nhẵn đẹp trình bày hình 6.9 Hình 6.9 Hình ảnh chi tiết RV 125 đúc phương pháp Lưu biến- áp lực KẾT LUẬN Đã thực đầy đủ nội dung nghiên cứu đề Kết nghiên cứu cho thấy việc kết hợp đúc lưu biến đúc áp lực cho phép thực công nghệ đơn giản, không tốn kém, dễ vận hành mà đạt hiệu cao Kết mô cho thấy công nghệ đúc lưu biến-áp lực dòng chảy tầng điền đầy khuôn đạt phối hợp tốt yếu tố công nghệ khuôn lưu tốc dòng chảy: - Khi tỷ lệ chiều dày rãnh dẫn chiều dày thành vật đúc, h/H = 0,5 để đảm bảo dòng chảy tầng vận tốc tối đa dòng chảy, vmax = 2,2 m/s; 23 - Với h/H = 0,7 vmax = 3,6 m/s; - Với h/H = 0,8 vmax = m/s; Kết mô cho thấy: khác với đúc thông thường, trình đúc lưu biến-áp lực nhiệt độ khối kim loại bán lỏng đồng hóa: kết xác định trường nhiệt cho thấy nhiệt độ mặt cắt chênh vài độ, trong trường hợp đúc thông thường chênh 2000C Điều tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành tinh thể trục, cầu tròn Quá trình đông đặc hình thành tổ chức hợp kim công nghệ đúc lưu biến-áp lực (rheo-diecasting) làm rõ: kết tinh đông đặc công nghệ đúc lưu biến-áp lực xảy theo giai đoạn: - Kết tinh lần đầu xảy gáo rót với hình thành mầm dị thể, kết tạo hạt 1 có kích thước ~ 35 m - Các mảnh vỡ nhánh (các hạt 2) tạo buồng ép có kích thước trung bình ~ 20 m tỷ phần thể tích ~ 10% Đây tổ chức không mong muốn không tránh Trong trình đúc lưu biến-áp lực tỷ phần thể tích hạt 2 giảm đáng kể so với đúc áp lực thông thường - Quá trình kết tinh thứ cấp xảy khuôn Do tiếp xúc với khuôn nguội độ nguội mức 1-2 K hình thành tạo hạt mịn, 3, có kích thước khoảng m Dưới tác dụng áp lực độ nguội bổ sung mức - 2,5K hình thành góp phần tạo loạt hạt có kích thước nhỏ mịn (2 – m) Sự cải thiện tổ chức đẫn đến cải thiện rõ rệt đặc tính học hợp kim: Độ bền kéo mẫu đúc lưu biến – áp lực đạt giá trị 255-284 MPa, cao nhiều so với đúc áp lực thông thường đáp ứng tiêu chuẩn ASM (Mỹ) Ngoài dạng khuyết tật điển hình vật đúc nói chung đúc áp lực nói riêng xốp tế vi (co khí, xốp đường tâm) khắc phục cách bản; kết tỷ trọng tăng 0,0474g/m3, tức khoảng 2% Tỷ trọng tăng nhiều tăng áp suất ép: áp suất ép tăng từ 185 lên 205 MPa tỷ trọng trường hợp đúc lưu biến-áp lực tăng 0,026 g/m3 so so với 0,021 g/cm3 đúc áp lực thông thường, tức nhiều 24% Cuối cùng, tỷ trọng đồng khu vực bên tâm: trường hợp đúc lưu biến-áp lực độ chênh lớn 0,34% so với 1,27 % trường hợp đúc áp lực thông 24 thường, tức gần lần Tất điều nói cho thấy xốp tế vi, thường hình thành tâm vật đúc, giảm đáng kể Kết nghiên cứu ứng dụng để chế thử số sản phẩm ngành máy động lực: kết chế thử cho thấy sản phẩm chế tạo phương pháp đúc Lưu biến-áp lực có độ sít chặt tốt, không xuất rỗ xốp vị trí ụ dày, không bị nhăn vị trí thành mỏng Phương pháp đúc lưu biến- áp lực cho phép đúc sản phẩm có độ dày thành trung bình đến 20mm Vận tốc kim loại vào hốc khuôn nhỏ (~ 2-5 m/s), dòng chảy tầng, khí, giảm độ co, bọt xốp Nhiệt độ kim loại lỏng thấp (~ 6000 C), tăng tuổi thọ khuôn, chu trình đúc rút ngắn Có thể ứng dụng công nghệ đúc Lưu biến-áp lực để chế tạo sản phẩm ngành máy động lực - máy nông nghiệp thay cho chi tiết gang có trọng lượng lớn [...]... RV 125 đúc bằng phương pháp Lưu biến- áp lực KẾT LUẬN 1 Đã thực hiện đầy đủ những nội dung nghiên cứu đề ra Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc áp lực cho phép thực hiện một công nghệ đơn giản, không tốn kém, dễ vận hành mà vẫn đạt được hiệu quả cao 2 Kết quả mô phỏng cho thấy trong công nghệ đúc lưu biến- áp lực dòng chảy tầng khi điền đầy khuôn đạt được nếu phối hợp tốt... 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... 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... 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. .. nhiệt cho thấy nhiệt độ tại các mặt cắt chỉ chênh nhau vài độ, trong khi đó trong trường hợp đúc thông thường có thể chênh 2000C Điều này tạo điều kiện rất thuận lợi cho việc hình thành các tinh thể đều trục, cầu tròn 3 Quá trình đông đặc và hình thành tổ chức của hợp kim trong công nghệ đúc lưu biến- áp lực (rheo- diecasting) đã được làm rõ: sự kết tinh và đông đặc trong công nghệ đúc lưu biến- áp lực. .. hình 6.5b So sánh với trường hợp đúc áp lực (hình 6.6) chất lượng tốt hơn hẳn Hình 6.6 Khuyết tật rỗ xốp trên vật đúc khi đúc áp lực (a) và không còn rỗ xốp (b) khi đúc Lưu biến- áp lực 6.2 Nắp hông động cơ RV125 Chi tiết nắp hông RV125 với trọng lượng vật đúc là 2,4 kg, trọng lượng hệ thống rót, đậu tràn là 1,2kg Tiến hành chế tạo sản phẩm bằng phương pháp đúc lưu biến- áp lực, chi tiết nắp hông RV125... trường hợp đúc lưu biến- áp lực độ chênh lớn nhất là 0,34% so với 1,27 % trong trường hợp đúc áp lực thông 24 thường, tức là ít hơn gần 4 lần Tất cả những điều nói trên cho thấy xốp tế vi, thường được hình thành ở tâm vật đúc, đã giảm đáng kể 5 Kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng để chế thử một số sản phẩm trong ngành máy động lực: kết quả chế thử cho thấy các sản phẩm chế tạo bằng phương pháp đúc Lưu biến- áp. .. 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... 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... Đây chính là đặc trưng của đúc lưu biến p 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