Luận văn Nghiên cứu chế tạo máy cán rung ðộng ngang tạo ðộ bền cao cho hợp kim Al-Mg-Si (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu chế tạo máy cán rung ðộng ngang tạo ðộ bền cao cho hợp kim Al-Mg-Si (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VŨ HOÀNG CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY CÁN RUNG ÐỘNG NGANG TẠO ÐỘ BỀN CAO CHO HỢP KIM Al-Mg-Si NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 06520103 S K C0 0 4 8 4 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VŨ HOÀNG CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY CÁN RUNG ĐỘNG NGANG TẠO ĐỘ BỀN CAO CHO HỢP KIM Al-Mg-Si NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2016
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN VŨ HOÀNG CHƯƠNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/04/1991 Nơi sinh: Bình Thuận Quê quán: Hàm Thuận Bắc – Bình Thuận Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 01699096129 Fax: E-mail: hoangchuong0104@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Qui Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 09/2013 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Biên Soạn Tài Liệu Học Tập Và Bài Giảng Môn Học Nhập Môn Công Nghệ Kỹ Thuật Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Tháng 7/2013, khoa cơ khí, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: THS. VÕ XUÂN TIẾN III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời Gian Nơi Công Tác Công Việc Đảm Nhiệm 7/2013 – 12/2015 Cơ Sở Cơ Khí Thế Hải Gia Công Chi Tiết Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao 12/2016 - Nay Giảng Viên Thắng LỜI CAM ĐOAN i
4. Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày25 tháng 03 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) NGUYỄN VŨ HOÀNG CHƯƠNG ii
5. LỜI CẢM ƠN Đề tài luận văn tốt nghiệp: “Nghiên Cứu Chế Tạo Máy Cán Rung Động Ngang Tạo Độ Bền Cao Cho Hợp Kim Nhôm Al-Mg-Si” sau một thời gian nhất định để thực hiện đã hoàn thành. Ngoài sự nổ lực và cố gắng của bản thân, trong quá trình nghiên cứu và thực hiện tôi đã gặp không ít khó khăn. Nhờ có sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của quý thầy cô, bạn bè, gia đình tôi đã vượt qua và hoàn thành luận văn của mình. Để tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn:  Thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Chí Cương, PGS.TS Đặng Thiện Ngôn đã dành nhiều thời gian, tâm huyết và nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, góp ý, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.  Thầy . đã bỏ thời gian và công sức để phản biện và đóng góp ý kiến cho luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.  Ban giám hiệu, phòng sau đại học và quý thầy cô Khoa Cơ khí đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn.  Các anh, chị, bạn bè, trong và ngoài lớp đã động viên, giúp đỡ tôi tận tình trong suốt thời gian thực hiện luận văn.  Gia đình, người thân đã ủng hộ về tinh thần, vật chất, và tạo điều kiện cho em trong suốt những năm học vừa qua. Thành phố Hồ Chí Minh, 25 tháng 03 năm 2016 NGUYỄN VŨ HOÀNG CHƯƠNG iii
6. TÓM TẮT Nhu cầu thực tế về thí nghiệm cán kim loại kết hợp với rung động ngang của trục cán ảnh hưởng tới độ bền của vật liệu trong ngành cơ khí ở Việt Nam là cấp thiết. Đề tài: “Nghiên Cứu Chế Tạo Máy Cán Rung Động Ngang Tạo Độ Bền Cao Cho Hợp Kim Nhôm Al-Mg-Si” nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy cán kết hợp rung động ngang phục vụ thí nghiệm cán kết hợp rung động ngang cho hợp kim nhôm Al- Mg-Si dạng tấm, phục vụ cho việc nghiên cứu ảnh hưởng của rung động ngang đến độ bền của vật liệu sau khi cán. Quá trình thực hiện đề tài bao gồm các nội dung sau: a. Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết biến dạng dẻo, các loại máy cán, cơ tính của vật liệu làm cơ sở tính toán, thiết kế. b. Thu thập và phân tích các phương pháp, nguyên lý, từ đó xây dựng các phương án thiết kế cho từng bộ phận máy ; So sánh các phương án thiết kế và đề xuất mô hình máy hoàn chỉnh. c. Tính toán thiết kế cho từng bộ phận của máy. d. Chế tạo các bộ phận của máy sau đó lắp ráp và thực nghiệm về khả năng hoạt động của từng bộ phận máy xác định các thông số tốt nhất. e. Vận hành thử nghiệm nhằm kiểm nghiệm độ tin cậy của thiết bị. iv
7. ABSTRACT The need for through-width vibration rolling (TWVR) is increasing recently. The thesis “Study And Manufacturing Mechanical Through-Width Vibration Rolling Creating Durable For Aluminum Alloy Al-Mg -Si” is aimed to studying the effects of through-width vibration rolling to the material's durability after rolling. The contents of the thesis include: a. Definition and types of fatigue state of elements. b. Analysis and comparison, thus selecting the optimum principle for the research. c. Computation on strength. d. Manufacturing the mechanical structures and programming the controlling system. e. Testing operation and record optimum data. v
8. Mục Lục Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i i Lời cam đoan ii ii Cảm tạ iii iii Tóm tắt iv iv Mục lục v vi Danh sách các chữ viết tắt vi ix Danh sách các hình vii x Danh sách các bảng xiii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1.Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và 1 ngoài nước đã công bố. 1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.1.1.1 Các phương pháp gia công áp lực truyền thống 1 1.1.1.2 Các phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt 2 1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 7 1.1.2.1 Các nghiên cứu ngoài nước 7 1.1.2.2 Các nghiên cứu trong nước 7 1.2. Mục tiêu đề tài 8 1.3. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 8 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài 8 1.3.2 Giới hạn đề tài 9 1.4. Phương pháp nghiên cứu 9 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Các hiện tượng và các yếu tố ảnh hưởng đến độ hạt của kim loại khi gia 10 vi
9. công biến dạng dẻo 2.1.1 Các hiện tượng ảnh hưởng đến độ hạt của kim loại khi gia công biến 10 dạng dẻo 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hạt của kim loại khi gia công biến dạng 13 dẻo 2.2 Tổng quan về máy cán 14 2.2.1 Các bộ phận chính của máy cán 14 2.2.2 Phân loại máy cán 15 2.3 Tổng quan về nhôm và hợp kim nhôm 18 2.3.1 Các tính chất của nhôm 18 2.3.2 Phân loại nhôm 19 2.3.3 Hợp kim nhôm 20 2.4 Mẫu thử 22 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 24 3.1 Phân tích đối tượng thiết kế 24 3.2 Phân tích và khả năng công nghệ 24 3.2.1 Chọn vật liệu hợp kim al-mg-si để làm mẫu thí nghiệm 24 3.2.2 Phân tích khả năng công nghệ và thực tiễn 25 3.3 Phương án thiết kế máy cán kết hợp dao động ngang của trục cán 26 3.3.1 Nguyên lý hoạt động 26 3.3.2 Chọn loại máy cán 27 3.3.3 Chọn hộp giảm tốc 28 3.3.4 Chọn cơ cấu tạo dao động 30 3.3.5 Chọn ổ đỡ trục 32 3.3.6 Bộ phận trượt của trục cán 34 3.3.7 Bộ phận truyền chuyển động đến trục cán 35 3.3.8 Bộ phận điều khiển tốc 37 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY 40 4.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống máy 40 vii
10. 4.2. Tính toán lực cán, chọn động cơ 40 4.3. Tính toán kiểm nghiệm bền trục cán 42 4.4. Thiết kế các chi tiết máy 43 CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 53 5.1 Thông số của máy sau khi chế tạo 53 5.2 Thử nghiệm và kết quả thử nghiệm 55 5.2.1 Thử nghiệm giữa cán kết hợp dao động và không có dao động 55 5.2.2 Thử nghiệm cán kết hợp dao động ngang với chiều dày và biên độ 57 khác nhau CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 6.1 Kết luận 59 6.2 Kiến nghị 59 Tài liệu tham khảo 61 viii
11. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT SPD: severe plastic deformation ECAP: Equal chanel angular pressing HTTP: High-preeure torsion ARB: Accumulative Roll-Bonding RCS: Repetititve Corugation ang Straightening ECAR: Equal Channnel Angular Rolling ECAP-Comform: Equal Channel Angular Pressing-Conform HRDSR: Hight-Ratio Differental Speed Rolling TWVR: Through-Width Vibration Rolling ix
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 sơ đồ nguyên lý các phương pháp gia công áp lực truyền thống (a) Cán; (b) kéo; (c) ép trực tiếp và gián tiếp; (d) rèn khuôn; (e) dập; (f) chồn 2 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp SPD nhóm thứ nhất (a) ECAP; (b) HPT 3 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp SPD trong nhóm hai (a) ARB; (b) RCS; (c) ECAR; (d) ECAP-conform; (e) HRDSR; (f) TWVR 5 Hình1.4 Sơ đồ nguyên lý của máy cán tích hợp dao động ngang 7 Hình 2.1 Sai lệch điểm trong mạng tinh thể (a) Nút trống; (b) nguyên tử xen kẻ; (c) nguyên tử tạp chất 10 Hình 2.2 lệch trong mạng tinh thể (a) Lệch biên; (b) lệch xoắn; (c) lệch hỗn hợp 11 Hình 2.3 Sai lệch mặt trong mạng tinh thể (a) Biên giới hạt; (b) biên giới siêu hạt tạo nên do tường lệch 12 Hình 2.4 sơ đồ máy cán I-nguồn động lực; II-hệ thống truyền động; III-giá cán 1: trục cán; 2: nền gá cán; 3: trực truyền; 4: khớp nối trục truyền; 5: thấn gá cán; 6: bánh răng chữ V; 7: khớp nối trục; 8: giá cán; 9: hộp phân lực; 10: hộp giảm tốc; 11: khớp nối trục; 12: động cơ điện 14 Hình 2.5 Phân loại máy cán theo cách bố trí giá cán a-máy cán đơn, b-máy cán một hàng, c-máy cán hai cấp, d-máy cán nhiều cấp e-máy cán bán liên tục, f- máy cán liên tục 16 Hình 2.7 Các loại gá cán 17 Hình2.8 Phân loại hợp kim nhôm theo giản đồ pha 21 Hình 2.10 Phân loại hợp kim nhôm theo giản đồ pha 21 Hình 2.11 Kích thước mẫu thí nghiệm 22 x
13. Hình 2.12 Mặt cắt đẳng nhiệt giản đồ pha Al – Mg – Si ở 2000C (a) và 5500C (b) 23 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý máy cán kết hợp dao động ngang 24 Hình 3.2 Mô hình thực nghiệm của công nghệ TWVR 25 Hình3.3 Hộp giảm tốc sử dụng bánh răng 27 Hình3.4 Hộp giảm tốc trục vít bánh vít 28 Hình3.5 Động cơ rung 29 Hình3.6 cam lệch tâm 30 Hình3.7 ổ bi đũa 31 Hình3.8 ổ trượt 32 Hình3.9 ổ bi trượt 33 Hình3.10 Trục then hoa 34 Hình 3.11 Nguyên lý hoạt động của cặp cardan then hoa 35 Hình 3.12 Cơ cấu bánh răng hành tinh 35 Hình 3.13 Hộp số 36 Hình 3.14 Hình ảnh tổng thể của Inverter 37 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý máy cán kết hợp dao động ngang 40 Hình 4.2 Khung đỡ chính của máy. 41 Hình 4.3 Cụm giá cán 44 Hình 4.4 Trục cán trên. 45 Hình 4.5 Bánh cán trượt ( Tịnh tiến trượt trên trục then hoa) 46 Hình 4.6 Trục then hoa 46 Hình 4.7 Thân đỡ trục cán 47 Hình 4.8 Thanh ngang nối thân trục cán 47 Hình 4.9 Tắm chắn 48 Hình 4.10 Gối đỡ trục cán 48 Hình 4.11 Cơ cấu tạo dao động cho trục cán 49 Hình 4.12 Cam lệch tâm 49 Hình 4.13 Gối đỡ cam đồng chuyển đổi chuyển động của cam thành tịnh tiến 50 xi
14. Hình 4.14 Gối đỡ trục cam 50 Hình 4.15 Trục đỡ cam lệch tâm 50 Hình 4.16 Cụm chi tiết chuyền chuyển động cam 51 Hình 4.17 Trục dẫn hướng chuyển động cam 51 Hình 4.18 Bạc trượt. 51 Hình 4.19 Hộp giảm tốc trục vít bánh vít 52 Hình 5.1 Cụm giá cán sau khi lắp 53 Hình 5.2 hình ảnh tổng quan của máy sau khi thiết kế 54 Hình 5.3 Hình ảnh thực tế của máy sau khi chế tạo 54 Hình 5.4 Mẫu thí nghiệm cán có dao động và không dao động 55 Hình 5.5 Hình ảnh tế vi của các mẫu 56 Hình 5.6 Biễu đồ độ bền kéo của mẫu cán không có dao động ngang của trục cán 57 Hình 5.7 Biễu đồ độ bền kéo của mẫu cán có dao động ngang của trục cán 57 xii
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1 Phân loại nhôm 20 Bảng 2.2 Thành phần hóa học của hợp kim nhôm Al – Mg – Si 23 Bảng 3.1. Bảng so sánh các phương án chọn loại máy cán 27 Bảng 3.2. Bảng so sánh các phương án chọn hộp giảm tốc 29 Bảng 3.3. Bảng so sánh các phương án chọn cơ cấu tạo dao động 31 Bảng 3.4. Bảng so sánh các phương án chọn ổ đỡ trục 32 Bảng 3.5. Bảng so sánh các phương án chọn bộ phận trượt 34 Bảng 3.6. Bảng so sánh các phương án chọn bộ truyền động 35 Bảng 3.7. Bảng so sánh các phương án điều khiển số vòng quay 38 Bảng 5.1 Kích thước mẫu sau khi cán (mm) 58 Bảng 5.2 Độ bền kéo của mẫu sau khi cán (KN) 58 xiii
16. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1.TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU, CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ĐÃ CÔNG BỐ. 1.1.1TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1.1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ÁP LỰC TRUYỀN THỐNG Gia công kim loại bằng áp lực thực chất là lợi dụng tính dẻo của kim loại để làm thay đổi hình dạng, kích thước của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực. So với phương pháp đúc, gia công biến dạng kim loại tạo ra sản phẩm có độ bền cao hơn, chịu lực tốt hơn, độ chính xác, độ bóng bề mặt cao hơn, tiết kiệm kim loại và năng suất lao động cao hơn. Trong năm 2012, sản phẩm thép chưa qua gia công toàn cầu đạt 1.54 tỷ tấn. Điều này kéo theo việc sử dụng một số lượng lớn các phương pháp gia công cho các loại vật liệu nói chung và thép nói riêng. Các phương pháp gia công này bao gồm đúc, rèn, hàn Tuy nhiên, có thể thấy rằng hơn 70% các sản phẩm kim loại được sản xuất bởi công nghệ cán ở dạng này hoặc dạng khác. Vì vậy có thể thấy tầm quan trọng đặt biệt của các công nghệ cán sử dụng cho việc tạo hình kim loại. Sơ đồ nguyên lý các phương pháp gia công áp lực truyền thống được thể hiện trong hình 1.1 1
17. Hình 1.1 sơ đồ nguyên lý các phương pháp gia công áp lực truyền thống (a) Cán; (b) kéo; (c) ép trực tiếp và gián tiếp; (d) rèn khuôn; (e) dập; (f) chồn Nguồn: (Nguyễn Văn Thái, 2006; Võ Trần Khúc Nhã (biên dịch), 2007) Sau khi qua các phương pháp gia công truyền thống để tạo hình và phôi thì kim loại có xu hướng biến cứng, hoá bền nhưng độ dẻo và độ dai giảm hay có xu hướng biến giòn . Vì vậy hiện nay trên thế giới cũng như ở nước ta đã và đang nghiên cứu công nghệ mới để tạo ra vật liệu có độ bền cao nhưng không làm giảm độ dai của vật liệu. Đó là công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt. 1.1.1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BIẾN DẠNG DẺO MÃNH LIỆT (server plastic deformation – SPD) Các phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (SPD) được định nghĩa là các quá trình gia công kim loại với biến dạng dẻo rất lớn để tạo ra kim loại có hạt siêu mịn (kích thước hạt trung bình nhỏ hơn 1µm). Mục đích của các phương pháp SPD cho việc tạo ra kim loại có hạt siêu mịn là sản xuất ra các chi tiết có khối lượng nhẹ hơn do đặc tính độ bền cao của nó và sự thân thiện với môi trường. Các hạt có kích thước nhỏ làm cho độ bền kéo tăng lên mà không làm giảm độ dai va đập của kim loại, điều này khác so với các phương pháp hoá bền như xử lý nhiệt. Các quá trình gia công SPD có thể chia thành hai nhóm chính. Nhóm thứ nhất bao gồm các phương pháp SPD cho quá trình gia công các kim loại khối không liên tục như: ép kim loại qua góc kênh không đổi (Equal chanel angular pressing, 2
18. ECAP) được đưa ra đầu tiên bởi Segal (1977) và sau đó Valiev, Krasilnikov và Tsenev (1991) đề xuất phương pháp xoắn kim loại dưới áp lực cao (High-preeure torsion, HTP). Nhóm thứ 2 bao gồm các phương pháp SPD cho việc gia công liên tục kim loại tấm như là: cán dính tích luỹ (Accumulative Roll-Bonding, ARB) được nghiên cứu bởi Saito et al. (1998), quá trình lặp lại gấp nếp và nắn thẳng kim loại (Repetititve Corugation ang Straightening, RCS) được khám phá bởi Huang et al. (2001), cán kim loại qua góc kênh không đổi (Equal Channnel Angular Rolling, ECAR) của Lee et al. (2003), quá trình tương ứng ép kim loại qua góc kênh không đổi (Equal Channel Angular Pressing-Conform, ECPA-conform) của Raab et al. (2004), cán kim loại với vận tốc hai trục cán khác nhau với tỉ lệ cao (Hight-Ratio Differental Speed Rolling, HRDSR) của Kim et al. (2006), và phương pháp gần đây nhất là cán kim loại với sự tích hợp giao đông dọc trục của truc cán (Through- Width Vibration Rolling. TWVR) của Hsieh et al. (2009, 2012). Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp SPD nhóm thứ nhất (a) ECAP; (b) HPT Nguồn: (Segal, 1997; Valiev, Krasilnikvo và Tsenev, 1991) Nguyên lý gia công của hai phương pháp trong nhóm thứ nhất được thể hiện trong hình 1.2 ECAP (Hình 1.2a) là phương pháp đầu tiên của phương pháp SPD được đưa ra để sản xuất các vật liệu có cấu trúc hạt siêu mịn và đã thu hút được sự 3
19. nghiên cứu của các nhà khoa học trong những năm gần đây (Valiev et al., 2000; Kim et al., 2004; P.Quang et al.,2009). Trong quá trình ECAP, kim loại được ép qua hai kênh có tiết diện mặt cắt không đổi và giao với nhau một góc ϕ. Kim loại bị biến dạng mãnh liệt do bị biến dạng cắt tại khu vực giao nhau của hai kênh (khu vực ABC với góc khuôn Ψ). Trong phương pháp HTP (hình 1.2b), kim loại bị nén với áp lực cao đến vài GPa và đồng thời bị biến dạng xoắn. có thể thấy rằng hai phương pháp này có thể tạo ra được vật liệu có hạt siêu mịn nhưng cả hai đều chưa thể đưa vào sản xuất vơi quy mô lớn do các nhược điểm như: năng suất thấp và kích cỡ phôi nhỏ. Vì vậy các phương pháp trong nhóm thứ hai sau đây có thể khắc phục được những nhược điểm trên và có tiềm năng rất lớn cho việc sản xuất các vật liệu có hạt siêu mịn với quy mô lớn. 4
20. Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp SPD trong nhóm hai (a) ARB; (b) RCS; (c) ECAR; (d) ECAP-conform; (e) HRDSR; (f) TWVR Nguồn: (Saito et al., 1998; Huang et al., 2001; Lee et al., 2003; Raab et al., 2004; Kim et al., 2006; Hsieh et al., 2009, 2012) Nhóm thứ hai bao gồm các phươn pháp SPD cho việc sản xuất vật liệu có hạt siêu mịn với kim loại có hạt siêu mịn với kim loại tấm phù hợp với quy mô công nghiệp như: ARB, RCS, ECAR, ECAP-Conform, HRDSR và TWVR. Nguyên lý gia công phổ biến của các phương pháp trong nhóm hai chủ yếu dựa vào sự kết hợp của các phương pháp cán truyền thống và SPD để phù hợp cho việc sản xuất 5
21. với quy mô lớn kim loại có hạt siêu mịn và chúng được thể hiện lần lượt trong hình 1.3. Các phương pháp như : ARB (hình 1.3a), RCS (hình 1.3b), ECAR (hình 13c), ECAP-conform (hình 1.3d) đã được phát triển để tạo ra kim loại có hạt siêu mịn. tuy nhiên, khả năng ứng dụng của các phương pháp này trong quy mô công nghiệp thấp do quá trình gia công phức tạp, chất lượng bề mặt vật liệu xấu, kích cỡ phôi nhỏ và kim loại bị hạn chế về độ lớn biên dạng. một phương pháp mới đã được chứng minh là có thể sản xuất các tấm kim loại với bề mặt lớn có cấu trúc hạt siêu mịn là HRDSR, được nghiên cứu bởi Kim et al. (2006). Nguyên lý của phưng pháp này được thể hiện trong hình 1.3e. phương pháp HRDSR là phương pháp cán truyền thống nhưng vận tốc của hai trục cán là khác nhau. Phôi được cán qua một bước cán duy nhất với chiều dày giảm 70%. Phôi bị biến dạng cắt rất lớn và biến dạng khá đồng đều dọc theo hướng chiều dày. Có thể thấy rằng phương pháp HRDSR có tiềm năng rất lớn trong việc gia công hợp kim có độ bền cao như là hợp kim nhôm. Hơn nữa, HRDSR là quá trình gia công liên tục và chỉ yêu cầu qua duy nhất một bước cán để tạo ra cấu trúc hạt siêu mịn bên trong vật liệu. Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp trước. Tuy nhiên dù chỉ yêu cầu phôi chỉ qua một lần cán nhưng chiều dày giảm khá lớn (70%) và trong quá trình và trong quá trình gia công thì phôi bị biến dạng cắt chưa đạt hiệu quả cao. Các vấn để này có thể được khắc phục trong phương pháp được phát triển gần nhất là TWVR (hình 1.3f) Ngoài các phương pháp trên thì phương pháp cán lạnh (Cryorolling) đã được sử dụng gần đây để kết hợp với các phương pháp SPD tạo ra vật liệu có hạt siêu mịn. Cán lạnh là một quá trình xử lý đơn giản ở nhiệt độ thấp mà yêu cầu lực tác dụng tương đối nhỏ để gây ra biến dạng dẻo mãnh liệt nhằm tạo các các đặc tính cấu trúc tế vi kết tinh trong các loại vật liệu. Phương pháp sử dụng kỹ thuật cán phôi có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nito lỏng được sử dụng rộng rãi để cải thiện các tính chất của vật liệu. Cán lạnh có thể đáp ứng tốt cho các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn của các vật liệu có cấu trúc nano. Cán lạnh được xem là một trong số con đường tiềm năng để sản xuất các hợp kim nhôm có hạt siêu mịn dạng khối. Độ 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4