Cú nhiều phƣơng phỏp để chế tạo vật liệu bỏn lỏng. Sau đõy là cỏc phƣơng phỏp chớnh:
1. Khuấy thuỷ động từ (magnetohydrodynamic stiring-MHD)
Đú là việc khuấy bằng trƣờng điện từ (và nhƣ vậy khụng làm nhiễm bẩn, khụng cuốn khớ và cỏnh khuấy khụng bị mũn nhƣ trong trƣờng hợp khuấy cơ học) ở trạng thỏi bỏn lỏng để bẻ góy cỏc nhỏnh cõy. Nhiều chi tiết bằng hợp kim nhụm đƣợc sản xuất cho đến nay sử dụng MHD do hóng Pechiney và SAG cung cấp. Cú một số vấn đề cũn tồn tại trong phương phỏp này, thớ dụ sự khụng đồng đều về hỡnh dỏng và hạt cầu khụng hoàn toàn trũn mà vẫn cũn dư một số tinh thể dạng ―hoa hồng‖.
2. Kớch hoạt pha lỏng dưới ứng suất (Strain induced melt activated - SIMA), kết tinh lại và nấu chảy một phần (recrystallization and partial melting - RAP)
Đõy là hai phƣơng phỏp cú những nột tƣơng tự. Vật liệu đƣợc chuốt (extrusion), khi đƣợc nung núng tới trạng thỏi bỏn lỏng, quỏ trỡnh kết tinh lại sẽ xảy ra; kim loại lỏng đi vào biờn giới hạt kết tinh lại và tạo ra một lớp vỏ bọc hỡnh cầu. Phƣơng phỏp SIMA sử dụng biến dạng núng cũn RAP - biến dạng “ấm”. Ƣu điểm của cỏc phƣơng phỏp này là tổ
N
hi
ệt
độ
Thời gian Thời gian
N
hi
ệt
18 chức nhận đƣợc cú dạng cầu hơn so với MHD. Nhược điểm chủ yếu là cú thể xảy ra sự khụng đồng nhất trong tổ chức do mức độ biến dạng trờn thiết diện ngang khỏc nhau, ngoài ra quỏ trỡnh chuốt là khú khăn và đắt đối với cỏc thỏi đường kớnh lớn.
3. Đỳc gần nhiệt độ liquidus (Liquidus/near liquidus casting)
Đõy là một phƣơng phỏp mới dựa trờn việc điều khiển cỏc điều kiện đụng đặc. Phƣơng phỏp đỳc lƣu biến mới (New Rheocasting – NRC) của UBE dựa trờn nguyờn tắc: rút kim loại ở nhiệt độ trờn liquidus một chỳt vào nồi thộp, sau đú kiểm soỏt quỏ trỡnh nguội để đạt đƣợc tổ chức dạng cầu trƣớc khi bắn vào khuụn [33]. Cỏc mầm kết tinh đƣợc tạo ra trong quỏ trỡnh nghiờng nồi: kim loại lỏng thấm ƣớt thành nồi (nguội) và quỏ trỡnh tạo mầm ngoại sinh xảy ra. Cỏc mầm kết tinh sau đú đƣợc phõn bố khắp bể kim loại khi nồi quay trở lại vị trớ thẳng đứng để chuẩn bị bắn kim loại (bỏn lỏng) vào khuụn.
Ở đõy khụng cần chế tạo phụi cú đặc tớnh thixotropic và hồi liệu cú thể đƣợc sẵn sàng tỏi sử dụng trong xƣởng. Hall và đồng sự đó chứng minh rằng NRC là phƣơng phỏp cú chi phớ thấp hơn thixoforming, do chi phớ cho vật liệu ban đầu thấp hơn.
4. Phương phỏp nhiệt trực tiếp (direct thermal method)
Phƣơng phỏp mỏng nghiờng, kim loại lỏng đƣợc rút vào khuụn qua một mỏng nghiờng cú nƣớc làm nguội chảy qua. Quỏ trỡnh tạo mầm đƣợc xảy ra trờn mỏng và tinh thể hỡnh trụ nhận đƣợc khỏ mịn. Với phƣơng phỏp đỳc gần nhiệt độ liquidus, tốc độ tạo mầm lớn cú thể đạt đƣợc trong toàn bộ thể tớch khối kim loại lỏng bị quỏ nguội (hỡnh 1.22a) [44].
Hỡnh 1.22. Phương phỏp nhiệt trực tiếp [44]
a) sử dụng mỏng nghiờng; b) quỏ nhiệt thấp
Mỏng nghiờng rất dễ khi lắp đặt vào bất kỳ một thiết bị đỳc nào. Trong đỳc bỏn lỏng tỉ phần rắn cần thiết vào khoảng 30-50%, tuy nhiờn, với phƣơng phỏp mỏng nghiờng cú thể ỏp dụng với tỉ phần rắn thấp hơn 10% do đặc thự của quỏ trỡnh là tạo mầm dị thể. Nhược điểm chớnh của phương phỏp này là kim loại cú thế bỏm dớnh trờn mỏng khiến khả năng
a: Phƣơng phỏp đỳc lƣu biến sử dụng mỏng nghiờng
cú nƣớc làm nguội
b: Phƣơng phỏp đỳc lƣu biến quỏ nhiệt thấp
19
tạo mầm giảm. Ngoài ra kim loại được làm nguội khụng đều: lớp tiếp xỳc trực tiếp với mỏng được làm nguội tốt hơn lớp ở trờn. Tuy nhiờn đõy là phương phỏp duy nhất để tạo một dũng chảy liờn tục (ứng dụng trong cụng nghệ đỳc liờn tục).
Phƣơng phỏp đỳc quỏ nhiệt thấp (hỡnh 22b) [44]: Độ quỏ nhiệt của kim loại khoảng 100C. Cỏc mầm tinh thể phõn bố ở bề mặt khuụn dƣới, và khuụn trờn đƣợc ộp vào khuụn dƣới trƣớc khi kim loại đúng rắn. Khi độ quỏ nguội kim loại thấp thỡ cỏc cụm nguyờn tử khụng núng chảy lại và cú thể phỏt triển trở thành tõm mầm kết tinh; khi rất nhiều mầm kết tinh đƣợc hỡnh thành cựng một lỳc trong toàn bộ bể kim loại, tổ chức đụng đặc nhỏ mịn và tinh thể cú dạng hạt cầu.
Dựng ống mỏng nguội nhanh (DTM): kim loại lỏng cú độ quỏ nhiệt nhỏ đƣợc rút vào khuụn kim loại thành mỏng [16]; nhiệt đƣợc hấp thụ rất nhanh ban đầu sẽ tạo điều kiện để rất nhiều mầm đƣợc tạo ra. Độ thấm nhiệt nhỏ của khuụn sẽ đảm bảo cho cõn bằng nhiệt dƣới nhiệt độ liquidus của hợp kim sẽ nhanh chúng đạt đƣợc; nhờ tốc độ toả nhiệt tự nhiờn thấp vào mụi trƣờng nờn một giai đoạn đẳng nhiệt sẽ đƣợc giữ trong một khoảng thời gian nhất định và cho phộp quỏ trỡnh cầu hoỏ xảy ra. Tổ chức tế vi đạt được cú dạng cầu trũn song tương đối thụ (khoảng 70 m) [16] do tốc độ nguội tương đối chậm. Phương phỏp này khụng kết hợp được với cụng nghệ đỳc ỏp lực.
5. Phương phỏp MIT mới (new MIT process)
Đõy là sự phối hợp giữa khuấy và đỳc gần nhiệt độ đụng đặc (hỡnh 1.23). Trục khuấy cú tỏc dụng làm nguội khi đƣợc đƣa vào kim loại lỏng cú nhiệt độ cao hơn liquidus đụi chỳt. Sau khi khuấy vài giõy nhiệt độ kim loại lỏng hạ xuống mức ứng với tỷ phần pha rắn vài chục phần trăm và trục khuấy đƣợc rỳt ra, sau đú đỳc trờn mỏy đỳc ỏp lực cao. Tổ chức tế vi đạt đƣợc đối với hợp kim A356 khỏ trũn đều, tuy nhiờn hơi thụ (khoảng 100 m) – hỡnh 1.24 [43]. Việc khuấy kim loại lỏng bằng trục graphit nhƣ vậy cũn mang lại một lợi ớch nữa là làm đồng đều nhiệt độ trong khối kim loại lỏng, một điều kiện thuận lợi cho việc hỡnh thành cỏc hỡnh thỏi tinh thể đều trục hoặc cầu trũn.Phương phỏp này cú thể kết hợp được với cụng nghệ đỳc ỏp lực để tạo ra phương phỏp đỳc lưu biến- ỏp lực. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6. Chuyển biến nhiệt bỏn lỏng (semi-solid thermal transformation - SSTT)
Cấu trỳc hạt cầu cú thể đạt đƣợc bằng cỏch nung núng tổ chức dendrite tới nhiệt độ bỏn lỏng trong một khoảng thời gian nhất định. Tuy nhiờn kớch thước hơi thụ (~ 100 m), do tốc độ nguội chậm.
20
7. Phương phỏp bỏn lỏng bằng sục khớ (Gas Induced Semi-Solid- GISS)
Trong phƣơng phỏp GISS sơ đồ minh họa hỡnh 1.25 [27], trục garaphit đƣợc sử dụng để thổi khớ vào trong kim loại lỏng. Quỏ trỡnh này cú 2 cụng dụng: (1) tạo sự khuấy trộn, và (2) giải phúng nhiệt nhanh chúng. Hợp kim lỏng đƣợc làm nguội rất nhanh, và một vài hạt tinh thể dạng cầu đƣợc hỡnh thành ở dƣới nhiệt độ núng chảy. Sau khi đạt đƣợc tỷ phần pha rắn mong muốn, thiết bị thổi khớ đƣợc rỳt ra. Phƣơng phỏp GISS cú thể đƣợc sử dụng với hợp kim bất kỳ để cú thể tạo ra trạng thỏi bỏn lỏng nhƣ: hợp kim nhụm đỳc, nhụm rốn và hợp kim kẽm đỳc. Phƣơng phỏp này cũng cú ƣu điểm giống phƣơng phỏp MIT là làm cho nhiệt độ khối kim loại lỏng đƣợc đồng đều, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo cỏc hạt đều trục hoặc cầu trũn. Quy trỡnh GISS tạo đƣợc vật liệu bỏn lỏng với tỷ lệ pha rắn thấp (< 0,25).Phương phỏp này cú thể kết hợp được với cụng nghệ đỳc ỏp lực để tạo ra phương phỏp đỳc lưu biến- ỏp lực.
Hỡnh 1.24 Tổ chức tế vi của hợp kim A356 đạt được bằng phương phỏp MIT mới. Kớch thước hạt
trung bỡnh ~ 100m [43] Hỡnh 1.23. Sơ đồ nguyờn lý
phương phỏp MIT mới [43]
Trục graphite thổi khớ Gầu rút Thổi khớ trơ Bỏn lỏng Bọt khớ trơ Kloại lỏng
21