Đồ án Nghiên cứu và lập quy trình công nghệ chế tạo chi tiết hợp kim nhôm ở trạng thái bán lỏng (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu và lập quy trình công nghệ chế tạo chi tiết hợp kim nhôm ở trạng thái bán lỏng (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU VÀ LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM Ở TRẠNG THÁI BÁN LỎNG GVHD: ThS. NGUYỄN VINH DỰ SVTH : TRỊNH XUÂN NGỌC 12143130 NGUYỄN THANH TÚ 12143237 ĐẶNG VŨ NAM 12143343 TRƯƠNG ANH LƯU 12143337 S K L 0 0 4 6 4 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TAỌ CHẤ T LƯƠṆ G CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM Ở TRẠNG THÁI BÁN LỎNG SVTH : TRỊNH XUÂN NGỌC 12143130 NGUYỄN THANH TÚ 12143237 ĐẶNG VŨ NAM 12143343 TRƯƠNG ANH LƯU 12143337 Khoá : 2012 Nganh : Công nghệ chế tạo máy ̀ GVHD: TH.S NGUYỄN VINH DỰ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016
3. LỜ I CẢ M ƠN Lời đầu tiên cho em gử i lời cảm ơn đến trường Đaị Hoc̣ Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Trường đa ̃ cho em môṭ môi trường hoc̣ tâp̣ và nghiên cứ u rất tốt. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Trung Tâm Nghiên Cứu và Chuyển Giao Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh. Đăc̣ biêṭ em muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Vinh Dự, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu và lập quy trình công nghệ chế tạo chi tiết hợp kim nhôm ở trạng thái bán lỏng.”. Thầy đã hướng dẫn và định hướng trước cho em biết những kiến thức cần thiết để làm luận văn tốt nghiệp tốt hơn. Thầy đã hết lòng giúp đỡ khi em bắt đầu làm luận văn tốt nghiệp. Thầy cung cấp tài liệu cho em nghiên cứu, hướng dẫn, giải thích kĩ những vấn đề mà em không hiểu. Điều quan trọng hơn hết là lời động viên tinh thần, khi em gặp khó khăn thầy không những giải thích mà còn động viên giúp em có thêm động lực học tập. Em cũng xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô đã trưc̣ tiếp giảng daỵ truyền đaṭ kiến thứ c khoa hoc̣ cho em, đó là nền tảng vững chắc giúp em nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Em cũng xin cảm ơn đến tất cả các baṇ bè đã nhiêṭ tình đóng góp ý kiến giúp đỡ em trong quá trình tìm kiếm tài liêụ để hoàn thành luâṇ văn. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình của em. Họ là nguồn động lực tinh thần và hỗ trơ ̣ em về tài chính giúp em an tâm nghiên cứu và học tập. i
4. TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong sản xuất chế tạo ngày nay, những công nghệ tạo hình không phoi như rèn, đúc đang dần thay thế quá trình tạo hình bằng cắt gọt. Công nghệ đúc hoặc rèn tiên tiến có nhiều ưu điểm trong việc sản xuất hàng loạt những chi tiết thành mỏng, hình dạng rất phức tạp. Những năm gần đây, một quá trình mới xuất hiện và đang nhận được rất nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu cũng như các công ty chế tạo. Đó là quá trình tạo hình ở trạng thái bán lỏng. Quá trình này không những kế thừa được những ưu điểm vốn có của công nghệ đúc, rèn thông thường mà còn khắc phục được hầu hết các nhược điểm của hai công nghệ này. Trong các công nghệ tạo hình bán lỏng được đề xuất thì thixoforming là quá trình được ứng dụng nhiều nhất. Luận văn này tập trung vào việc áp dụng kỹ thuật nung cảm ứng vào công đoạn gia nhiệt lại phôi trong quá trình thixoforming và xác định các thông số của quá trính ép bán lỏng. Nội dung luận văn xoay quanh công việc tìm hiểu các phương pháp nung cảm ứng và đưa ra các giải pháp gia nhiệt và vận dụng chúng vào sản xuất thực tế. Luận văn còn tiến hành tính toán và mô phỏng hành vi của hợp kim nhôm A356 trong quá trình ép bán lỏng. Cùng với đó là tiến hành thiết kế khuôn đơn giản cho quá trình ép bán lỏng này. Hy vọng trong tương lai không xa các công nghệ thixoforming sẽ thật sự phổ biến ở Việt Nam! ii
5. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Nếu như trong phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái lỏng, kim loại trước khi đem tạo hình được nấu chảy lỏng hoàn toàn thì tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng, kim loại được nung đến trạng thái hai pha: pha rắn và pha lỏng với tỉ lệ phù hợp. Công nghệ tạo hình kim loại ở trạng thái bán lỏng xuất hiện từ đầu những năm 1970, khi Giáo sư Flemings và các cộng sự nghiên cứu trạng thái dòng chảy của kim loại ở trạng thái bán lỏng. Quá trình được đưa vào công nghiệp lần đầu tiên bởi công ty Alumax và ITT- TEVES, với những ứng dụng trong ô-tô như các chi tiết của khung gầm, xilanh thắng, vành xe Vào cuối những năm 1980, một giai đoạn phát triển sâu hơn được bắt đầu ở Châu Âu. Với phương pháp khuấy từ trường được triển khai bởi các nhà sản xuất Pechiney (Pháp), Ormet (Mỹ) và SAG (Áo), nguồn phôi ban đầu - với kích thước có thể thay đổi và chất lượng đảm bảo đã trở nên thực tế. Những công nghệ nung nóng mới cùng với thiết bị đúc áp lực được điều khiển trực tiếp đã tạo nền tảng cho việc chế tạo những thiết bị thích hợp với sản xuất. Từ đó mở đường cho những ứng dụng sản xuất hàng khối trong lĩnh vực khung gầm (hãng xe Porsche, DaimlerChrysler, Alfa Romeo) và những bộ phận trong thân xe (hãng Audi, Fiat, DiamlerChrysler) và cả sản xuất loạt nhỏ trong các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, do sự cạnh tranh tăng lên cùng với chất lượng được cải thiện nhanh chóng và hiệu quả kinh tế cao của quá trình đúc lỏng hoàn toàn, một số hoạt động nghiên cứu đã bị ngưng lại trong một khoảng thời gian. Nhược điểm về chi phí sản xuất có thể được giảm đi nhờ ý tưởng cải tiến quá trình rheocasting truyền thống, giúp duy trì một số ứng dụng trong tạo hình ở trạng thái bán lỏng. Ví dụ, hãng STAMPAL đã thay đổi quá trình sản xuất một số chi tiết từ phương pháp thixocasting truyền thống sang phương pháp Rheocasting. Dưới đây trình bày sơ lược một vài các phương pháp tạo hình ở trang thái bán lỏng. 1.1. Tổng quan về công nghệ tạo hình ở trạng thái bán lỏng. 1.1.1 Giới thiệu sơ lược về trạng thái bán lỏng. 1
6. Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng. Khi kim loại được gia nhiệt lên trên nhiệt độ đường đặc (Hình 1.1), kim loại bắt đầu chảy ra và pha lỏng xuất hiện, trạng thái này gọi là trạng thái “mushy”. Nếu tiếp tục gia nhiệt trên nhiệt độ đường lỏng, kim loại se ̃ chuyển sang trạng thái lỏng hoàn toàn. Tuy nhiên, để đạt được trạng thái bán lỏng (tức là tỉ lệ pha rắn, pha lỏng gần bằng nhau và pha rắn có cấu tạo dạng hạt mịn) thì đối với trạng thái “mushy”, nhiệt độ phải phân bố đồng đều trên toàn bộ thể tích phôi. Ngược lại với trạng thái “mushy”, tức là làm nguội kim loại từ trạng thái lỏng hoàn toàn. 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, trạng thái này gọi là trạng thái “semisolid” (Hình 1.2). Chú ý rằng quá trình làm nguội và đông đặc ở trạng thái “semisolid” này là không cho hình thành cấu trúc nhánh cây và thành phần bán lỏng phải được phân bố đều nhau. 2
7. Hình 1.2 Thành phần rắn lỏng trong kim loại ở trạng thái mushy/semi-solid. So sánh trạng thái “mushy” và trạng thái “semisolid”:  Giống nhau: tỉ lệ pha lỏng và rắn phân bố đều nhau trên toàn bộ thể tích phôi.  Khác nhau: Bảng 1.1 Bảng so sánh trạng thái “mushy” và trạng thái “semisolid” [1]. Trạng thái Mushy Trạng thái Semisolid - Trạng thái mushy có tỷ lệ pha rắn - Trạng thái semisolid có tỷ lệ pha khá cao và nó biến dạng giống như một lỏng cao và chảy như một lưu chất phi khối đất sét. Newton. - Pha lỏng ở trạng thái mushy sinh - Pha rắn trong kim loại ở trạng thái ra do sự tan chảy một phần của các hạt semisolid thì sinh ra trong quá trình đông rắn, nó xảy ra ở biên giới hạt và pha lỏng đặc một phần kim loại nóng chảy. thường tồn tại ở đó gây ra sự tách biệt giữa các hạt rắn. Thông thường, người ta dùng thuật ngữ “semisolid”, tạm dịch là trạng thái bán lỏng để miêu tả hai trạng thái trên. Trong vùng từ nhiệt độ đường đặc đến nhiệt độ đường 3
8. lỏng, hai trạng thái “mushy” và “semisolid” sẽ có tỷ lệ rắn lỏng tương đồng nhau và lúc đó cơ tính của vật liệu cũng gần giống nhau. Hình 1.3 Các dạng tinh thể khi đúc thông thường và đúc bán lỏng [2]. (a) Tinh thể nhánh cây. (b) Tinh thể dạng gần cầu. Không giống như các sản phẩm đươc̣ sản xuất từ những phương pháp taọ hình thông thường như đúc trong khuôn kim loaị, đúc áp lưc̣ ở traṇ g thái lỏng, đúc trong khuôn cát, cấu trúc tế vi của sản phẩm đươc̣ taọ ra từ phương pháp taọ hình vâṭ liêụ ở traṇ g thái bán lỏng là có daṇ g hình cầu nên chất lượng sản phẩm cao hơn hẳn cấu trúc có daṇ g nhánh cây ở trong các phương pháp taọ hình khác. 4
9. 1.1.2. Các phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái bản lỏng . Phương pháp Rheocasting. Quá trình đúc Rheoforming được thể hiện ở hình 1.3. Đầu tiên là nấu luyện hợp kim cần đúc tới trạng thái lỏng hoàn toàn, sau đó ta tiến hành làm nguội kết hợp khuấy trộn hợp kim trên. Khi hợp kim được làm nguội đến trạng thái bán lỏng, nó được chuyển đến thiết bị đúc và tạo hình với lực ép lớn. Hình 1.3 Quá trình đúc Rheoforming. Việc tạo được tinh thể dạng hạt cầu hoặc gần cầu là quan trọng trong quá trình đúc lưu biến này : Hình 1.4 Nguyên lý phá vỡ thiên tích nhánh cây [1]. (a) Tinh thể nhánh cây ban đầu. (b) Tinh thể nhánh cây phát triển. (c) Tinh thể hình bông. 5
10. (d) Tinh thể hình bông phát triển. (e) Tinh thể dạng gần cầu. Trong quá trình đúc, thường xuất hiện 5 dạng tinh thể như hình 1.4. Với tinh thể nhánh cây được hình thành khi không có lực khuấy. Tinh thể dạng “hình bông” được hình thành khi lực khuấy kết hợp dòng chảy tầng. Tinh thể dạng hình cầu được hình thành khi lực khuấy kết hợp dòng chảy rối. Nhưng đối với quá trình đúc theo phương pháp Rheoforming, việc khuấy (hình 1.5) giúp phá vỡ thiên tích nhánh cây (hình 1.4) và hình thành tinh thể dạng hình cầu, từ đó cho ra tổ chức hạt mịn, làm tăng cơ tính cho vật đúc. Có thể khuấy trộn bằng cơ và khuấy trộn bằng điện từ. Nhưng hiện nay phương pháp khuấy trộn bằng từ trường được sử dụng phổ biến do nó tạo được độ đồng đều cao và đặc biệt là thân thiện với môi trường. Hình 1.5 Các phương pháp khuấy trộn : a) từng lô, b) liên tục, c) khuấy điện từ [2]. 6
11. So với Thixoforming, phương pháp này có thể đúc được nhiều loại hợp kim, sản phẩm thừa (phế phẩm, hệ thống rót) có thể làm hồi liệu, thiết bị đúc có tinh kế thừa của phương pháp Đúc áp lực nên giảm chi phí đầu tư ban đầu. Tuy nhiên, nhược điểm của phương này là nó không có khả năng tự động hóa cao bằng Thixoforming. So với phương pháp đúc áp lực, thì phương pháp này có nhiệt độ rót thấp, kim loại điền đầy với dòng chảy tầng và vật đúc ít co ngót. Từ đó, tuổi thọ thiết bị cao, chu kỳ đúc ngắn, vật đúc ít bị lẫn khí và nứt. Một số thiết bị Rheocasting: Hình 1.6 Máy đúc áp lực theo phương pháp Rheo cho hợp kim nhôm [2]. 1. Hệ thống xi lanh thủy lực. 2. Bệ máy. 3. Khuôn và chốt đẩy. 4. Chi tiết. 5. Cấp liệu. 6. Motor quay trục vít. 7
12. 7. Trục vít đôi. Hình 1.6 được mô tả như sau: một lượng kim loại lỏng có khối lượng và thể tích đã định sẵn đổ vào trục trục vít đôi quay với tốc độ cao, nơi nó được làm nguội và đánh nhuyễn đến trạng thái “slurry”, sau đó được đưa vào hệ thống xi lanh thủy lực đẩy vào khuôn đúc áp lực. Máy đúc áp lực theo công nghệ này thường sử dụng cho nhôm và các hợp kim của nó. Đối với máy đúc xúc biến magie có thể xem hình 1.9. Phương pháp thixoforming : Giai đoạn đầu của công nghệ là gia nhiệt lại một cách đồng đều các thanh cấp liệu đến trạng thái bán lỏng, yêu cầu các thanh cấp liệu phải có tổ chức hạt cầu hoặc gần cầu. Sau đó, các khối bán lỏng này được chuyển tới khuôn dập (trường hợp thixoforging), khuôn ép (thixoextrusion) hoặc buồng ép bằng các tay robot mà tại đó chúng được ép vào khuôn đúc áp lực bằng xy lanh thủy lực (trường hợp Thixocasting). Dập xúc biến (thixoforging) là một quá trình mà ở đó phôi thích hợp được nung tới trạng thái bán lỏng và được đặt giữa hai nửa khuôn. Hai nửa khuôn sau đó được ép vào nhau bởi một búa thuỷ động. Sự điền đầy khuôn trực tiếp như vậy sẽ cho phép tiết kiệm nguyên liệu do không cần có hệ thống rót. Hình 1.7 Thiết bị dập xúc biến. 8
13. Đúc xúc biến (thixocasting) là phương pháp đúc bán lỏng mà trong đó hợp kim ban đầu ở trạng thái rắn được xử lý sao cho khi đạt được trạng thái bán lỏng thì tổ chức của nó là phi nhánh cây. Khi “rót” khuôn thì tỷ phần pha rắn là khoảng 50%. Quá trình thixocasting thường được chia làm 3 bước: chế tạo phôi với tổ chức không nhánh cây, gia nhiệt lại đến trạng thái bán lỏng và tạo hình. Trong suốt quá trình gia nhiệt lại phôi, việc điều khiển phải rất chặt chẽ để đảm bảo có được trạng thái bán lỏng. Hình 1.8 trình bày các quy trình cơ bản của việc tạo hình bằng phương pháp đúc bán lỏng: Hiǹ h 1.8 Quá trình taọ hình của phương pháp Thixocasting. Một số thiết bị đúc xúc biến(Mg): Hình 1.9 là máy đúc xúc biến hãng Thoxomat. Ban đầu mảnh hợp kim (Mg) đã loại không khí (12) được đưa vào một tang trống bên trong có vít quay liên tục và năng lượng sinh ra do cắt đủ để đưa thỏi vào trạng thái bán lỏng. Dưới tác dụng của lực cắt tổ chức trở thành dạng hạt cầu và vật liệu được ép vào khuôn (8). 9
14. Hình 1.9 Máy đúc xúc biến hãng “Thoxomat” [2]. 1. Motor quay. 7. Magie ở trang thái slurry. 2. Bộ điều chỉnh tốc độ. 8. Khuôn đúc áp lực. 3. Vít xoáy đảo. 9. Sản phẩm. 4. Buồng xilanh chứa phôi. 10. Miệng phun. 5. Băng gia nhiệt. 11. Cấp liệu. 6. Đầu vít xoáy. 12. Hệ thống hút chân không. Hình 1.10 bên dưới tóm tắt lại các quá trình và phương tạo hình bằng phương pháp bán lỏng của một số vật liệu thích hợp với từng phương pháp tương ứng : 10
15. Hình 1.10 Các quá trình tạo hình và phương pháp tạo hình ở trang thái bán lỏng [2]. 1.1.3. Ưu và nhược điểm của phương pháp tạo hình ở trạng thái bán lỏng. Ưu điểm: . Tạo hình kim loại bán lỏng có nhiều ưu điểm hơn so với các công nghệ tạo hình kim loại ở trạng thái lỏng hay rắn. . Tính chất dòng chảy được cải thiện: khi kim loại ở trạng thái bán lỏng, dòng lưu chất này có đặc điểm chảy tầng và điền đầy khuôn êm hơn. 11
16. Hình 1.11 Quá trình chuyển động của kim loại lỏng trong 2 quá trình tạo hình vật liệu ở trạng thái lỏng: đúc bán lỏng và đúc chảy hoàn toàn. . Tuổi thọ khuôn được tăng lên: do vật liệu ở trạng thái bán lỏng có nhiệt độ thấp hơn đúc thông thường nên giảm đáng kể sự phá hủy nhiệt cho khuôn, do đó tuổi thọ khuôn được kéo dài. Hình 1.12 Đồ thị mối quan hệ giữa nhiệt độ và năng lượng trong quá trình tạo hình vật liệu ở trạng thái lỏng. . Năng suất tăng: do vật liệu vốn đã đông đặc một phần và nhiệt độ thì thấp hơn nên thời gian đông đặc của chi tiết cũng ngắn hơn, do đó mà chu kỳ sản xuất ngắn lại. . Khuyết tật vật đúc giảm: tạo hình ở trạng thái bán lỏng giúp loại bỏ nhiều khuyết tật vốn tồn tại ở đúc truyền thống chẳng hạn mức độ xốp tế vi và rỗ co giảm đáng kể. Dòng chảy tầng và mặt thoáng ổn định giúp điền khuôn êm hơn dòng chảy lỏng hoàn toàn, do đó ngăn chặn không cho khí lọt vào. 12
17. . Khả năng kiểm soát cơ tính: Cơ tính của chi tiết được sản xuất từ vật liệu bán lỏng phụ thuộc vào cấu trúc bên trong suốt quá trình xử lý, mà cấu trúc lại phụ thuộc vào quá trình chế tạo vật liệu trước đó. Do đó, có thể khống chế cơ tính chi tiết bằng cách điểu khiển quá trình nung bán lỏng. . Hệ số sử dụng vật liệu được tăng lên nhờ đó năng suất tăng lên: Hình 1.13 Hiệu quả sử dụng vật liệu khi dập thông thường và dập bán lỏng. Nhược điểm: . Chi phí đầu tư máy móc thiết bị cao. . Phôi khó chế tạo và sản phẩm thừa không thể tái sử dụng cho các lần đúc sau mà phải chuyển về khu vực nấu luyện và tiến hành nấu chảy tạo cấu trúc phi nhánh cây như quá trình Rheocasting . . Chi phí của nguyên vật liệu dùng cho phương pháp này cao hơn so với các phương pháp đúc thông thường. . Một số ý kiến cho rằng phương pháp này dễ gây cháy nổ, ảnh hưởng đến an toàn người công nhân. . Công việc đòi hỏi tay nghề của công nhân sẽ cao hơn so với phương pháp khác. 1.2. Tình hình nghiên cứu công nghệ bán lỏng trong và ngoài nước. 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước. 13
18. Nền công nghiệp nước ta đang trên đà phát triển, cả nước đã hội nhập WTO. Chính vì vậy sự cạnh tranh sẽ gay gắt, việc sống còn của các nhà sản xuất là phải ưu tiên áp dụng công nghệ cao, tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có tại chỗ để tăng năng suất và chất lượng, giảm giá thành, tạo ra các sản phẩm có hàm lượng chất xám cao hay còn gọi là sản phẩm tri thức. Công nghệ tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng là công nghệ cao, đáp ứng được phần nào điều đó. Đối với xe gắn máy và xe hơi đang thịnh hành ở nước ta, thực hiện chủ trương nội địa hóa các chi tiết dùng trong lắp ráp xe máy, xe hơi, động cơ cỡ nhỏ tiến tới thay thế hoàn toàn các chi tiết trên hiện nay chưa đạt yêu cầu, nhất là đối với các sản phẩm từ hợp kim Nhôm và Magiê bằng công nghệ tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng. Đứng trước những thử thách trên, ngành đúc trong nước đã có những chuẩn bị tương đối tốt như nhập các thiết bị đúc kỹ thuật cao như máy tạo hình vật liệu ở trạng thái lỏng để có thể cạnh tranh với hàng từ các nước khác, đặc biệt là Trung Quốc, Thái Lan, hoặc là chỉ có một số công ty sản xuất của Nhật đưa thiết bị và công nghệ lỏng vào Việt Nam nhưng chỉ dừng lại ở việc phục vụ cho sản xuất, còn triển khai rộng rãi còn là một khó khăn do yếu tố bí mật công nghệ. Công nghệ tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng ở nước ta vẫn còn trong giai đoạn phôi thai, hiện nay mới có đơn vị trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đang nghiên cứu về vấn đề đúc bán lỏng này nhưng bằng phương pháp Rheoforming. Được sự giúp đỡ của các giáo sư của trường Đại học Bách khoa Montréal, Canada, hiện nay bộ môn Công Nghệ và Thiết Bị Vật Liệu thuộc khoa Cơ Khí trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đang tiến hành từng bước triển khai công nghệ tạo hình này trước mắt nhằm phục vụ cho nghiên cứu và lâu dài là chuyển giao công nghệ cho các đơn vị sản xuất. Nhìn chung, công nghệ tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng còn rất mới mẻ và xa lạ đối với Việt Nam chúng ta. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới. 14
19. Hiện nay, việc nghiên cứ u về công nghê ̣taọ hình ở traṇ g thái bán lỏng cho hợp kim màu nói chung và hợp kim Nhôm nói riệng đã được nhiều nhóm tác giả thuộc các trường, Viện nghiên cứu nổi tiếng về công nghệ kim loại và tạo hình vật liệu đi sâu vào nghiên cứu vừa lý thuyết, vừa nghiên cứu thực nghiệm để tìm ra phương pháp tốt nhất cho quá trình nung cảm ứng trong từng điều kiện cụ thể, qua khảo sát có thể tổng quan các nghiên cứu đó như sau: Patent US 6311759 [6], của tác giả Gabriela Tausig trình bày những nghiên cứu để cải thiện quá trình chế tạo ra phôi rắn ban đầu dùng cho công nghệ thixoforming. Phôi ban đầu được sản xuất bằng phương pháp đúc liên tục với sự điều khiển rất cẩn thận nhiệt độ của kim loại lỏng khi bắt đầu hóa rắn ở nhiệt độ không nhiều hơn 50 so với nhiệt độ chảy lỏng. Tác giả đã có những nhận định và kết quả liên quan đến quá trình điều khiển nhiệt độ của thể tích kim loại lỏng ở gần một nhiệt độ mong muốn. Patent cũng trình bày những kết quả thí nghiệm cho thấy phôi liệu được sản xuất theo cách này khi gia nhiệt lại sẽ có tính chất đáp ứng được những yêu cầu của quá trình thixoforming như: để tạo hình tỉ lệ pha rắn không cần phải quá thấp (khoảng 60% – 50% là được), nhiệt độ khuôn thấp và vận tốc ép cũng có thể giảm đi. Hình 1.14 Các bước tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng theo Gabriela Tausig [6]. 15
20. Hình 1.15 Tổ chức tế vi của hợp kim 2618 khi đúc gần nhiệt độ đường lỏng (a) và đúc thông thường (b) [6]. Hình 1.16 Tổ chức tế vi sau khi nhiệt luyện và sau khi dập [6]. Hình 1.17 Tổ chức tế vi sau khi dập: (a) không hướng thớ, (b) có hướng thớ [6]. Nhận xét: Kết quả của nghiên cứu này rất có giá trị bởi vì nó sẽ cung cấp cho chúng ta những bằng chứng khách quan về sự thay đổi cơ tính của chi tiết tại mỗi thời điểm nhiệt độ khác nhau, từ đó đưa ra phương án điều khiển và kiểm soát nhiệt độ một cách chính xác và hơn nữa đây cũng là cơ sở để đánh giá tính nổi trội khi tạo hình ở trạng 16
21. thái bán lỏng so với tạo hình ở trạng thái lỏng trên cùng một điều kiện: cùng một chi tiết có kích thước giống nhau và trên cùng một thiết bị tạo hình như nhau. Patent US7083689 B2 [7], của tác giả Soon Chan Park (đã được công ty Hyundai Motor mua quyền sử dụng) trình bày về cách tạo nên trạng thái bán lỏng cho phôi làm từ hợp kim magie AZ91D. Phương án thực hiện như sau: kim loại sau khi đúc sẽ trải qua quá trình ép và nén, sau đó là quá trình gia nhiệt và giữ ở một nhiệt độ không đổi. Pha rắn ban đầu của quá trình thixoforming được tạo nên từ tổ chức kết tinh lại ở kích thước micro (từ 40휇 − 60휇 ) nhờ vào quá trình duy trình đẳng nhiệt dựa trên nguyên lý có tên là “Strain Induced Melt Activated Process (SIMA)”, góp phần nâng cao cơ tính sản phẩm. Trong patent, quá trình ép chảy được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 350 − 4000 . Quá trình ép thực hiện ở nhiệt độ từ 200 − 2200 với tỉ số ép khoảng 30-50:1, hệ số biến dạng danh nghĩa từ 20 – 40%. Quá trình giữ nhiệt không đổi thực hiện trong khoảng 570 − 5800 trong khoảng thời gian từ 30s – 180s. Tốc độ gia nhiệt lúc này khoảng từ 1 − 50 /푠. Hình 1.18 Các bước tạo trạng thái bán lỏng theo patent US 7083689 B2 [7]. 17