1
MỞ ĐẦU
Trong công nghệ đúc áp lực cao, vận tốc dòng chảy cao từ 20-60
m/s, dễ cuốn khí, nên những vị trí có độ dày lớn thường là nơi chứa
các khuyết tật dạng khí. Để ngăn ngừa sự hình thành rỗ khí thì triệt
để nhất là đúc trong chân không, song quá trình này rất tốn kém, đòi
hỏi những thiết bị đắt tiền không phù hợp với thực tế sản xuất.
Khi kết hợp giữa đúc áp lực và khuấy bán lỏng thì dòng chảy rối
và phân tán sẽ chuyển thành dòng chảy tầng nên ít cuốn khí hơn.
Từ những 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 của các thông số công nghệ cơ bản của quá
trình rheo-die casting tới sự hình thành tổ chức và tính chất của hợp
kim A356.
- Ứng dụng công nghệ đúc “Lưu biến- áp lực” (rheo-diecasting)
vào việc chế tạo các sản phẩm từ hợp kim nhôm có độ bền cao trong
ngành chế máy động lực”.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: hợp kim nhôm A356
- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu, đánh giá trên các mẫu thử và ứng
dụng để chế tạo một số sản phẩm trong ngành chế tạo máy bằng
phương pháp đúc “Lưu biến- áp lực”.
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ đúc “Lưu biến- áp lực”.
- Nghiên cứu mô phỏng tính chất của dòng chẩy trong quá trình điền
đầy khuôn bằng dòng kim loại ở trạng thái bán lỏng.
- Nghiên cứu quá trình đông đặc và hình thành tổ chức của hợp kim
trong công nghệ rheo-diecasting.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đúc Lưu biếnáp lực (rheo-diecasting) đến các đặc tính cơ học (độ bền, độ cứng, tỷ

*) Ý nghĩa thực tiễn
- Luận án đưa ra các thông số công nghệ cơ bản của quá trình đúc
áp lực-lưu biến như: nhiệt độ rót, vận tốc dòng chẩy, áp lực ép trong
mối quan hệ với chiều dày rãnh dẫn và chiều dày thành vật đúc, đã
được kiểm chứng bằng việc đúc thử 02 sản phẩm của ngành Máy
động lực.
- Kết quả nghiên cứu của luận án có thể được tham khảo và áp dụng
triển khai để sản xuất các chi tiết trong ngành chế tạo máy động lực,
ô tô, xe máy nhằm thay thế các chi tiết có khối lượng lớn hơn được
chế tạo từ gang, đáp ứng được nhu cầu sản xuất chi tiết đúc khối
lượng nhẹ, loạt lớn và tăng hiệu suất sử dụng.


3
Những điểm mới của luận án
1. Đã đưa ra phương pháp thiết kế khuôn mới phù hợp với công nghệ
đúc lưu biến-áp lực và đã tìm ra những thông số công nghệ thích hợp
để đảm bảo dòng chảy tầng khi điền đầy khuôn.
2. Đã phát hiện ra những ưu điểm rõ rệt của phương pháp đúc lưu
biến-áp lực: dòng chảy tầng và sự đồng đều hóa nhiệt độ của khối
kim loại, khiến gradient nhiệt độ giảm và tạo điều kiện cho sự hình
thành tổ chức đều trục cầu tròn phi nhánh cây.
3. Việc phân tích tổ chức tế vi đã phát hiện ra ảnh hưởng rõ rệt của
áp lực (đặc biệt là ở mức trên 205 MPa) tới sự hình thành tổ chức:
một độ quá nguội ở mức trên 2 K đã hình thành góp phần làm cho
các mầm kết tinh có kích thước nhỏ có thể ”sống sót”, tạo ra những
hạt tinh thể rất nhỏ mịn.
4. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc
áp lực mang lại những yếu tố thuận lợi nhằm tạo ra tổ chức phi
nhánh cây nhỏ mịn và loại bỏ một dạng khuyết tật cơ bản của

Xốp khí tại những vị trí ụ dầy chính là nguyên nhân làm giảm độ
bền đáng kể và chi tiết đúc không thể nhiệt luyện được. Để khắc
phục nhược điểm này trong công nghệ đúc áp lực người ta thường
phải đúc rót trong chân không nhưng chi phí rất tốn kém.
Nếu đúc áp lực với kim loại ở trạng thái bán lỏng thì dòng chảy sẽ
chuyển thành dòng chảy tầng do kim loại ở dạng sệt và sẽ ít bị cuốn
khí hơn. Tuy nhiên, như vậy sẽ phải hạ nhiệt độ của hợp kim đến
vùng bán lỏng và ở trạng thái này độ nhớt của hợp kim sẽ tăng, khả
năng điền đầy trong khuôn rất kém.
Để độ nhớt của hợp kim không tăng cao khi giảm nhiệt độ xuống
dưới đường lỏng thì cần:
- Khuấy kim loại ở trạng thái bán lỏng để bẻ gãy các nhánh
cây nếu tỷ phần pha rắn tương đối lớn.
- Đúc ở nhiệt độ gần liquidus (chủ yếu là tạo mầm dị thể)
Như vậy khi kết hợp giữa đúc áp lực và khuấy bán lỏng thì rỗ
khí có thể được khắc phục bởi 2 lý do:
- Áp lực sẽ phân tán các phần tử ô xýt nhôm đều trong toàn bộ
khối kim loại.
- Dòng chảy rối và phân tán sẽ chuyển thành dòng chảy tầng
nên ít cuốn khí hơn.
Đó là lý do vì sao phương pháp công nghệ đúc lưu biến
(rheocasting) thường được kết hợp với công nghệ đúc áp lực
(diecasting) để cho ra đời một phương pháp mới là “Lưu biến- áp
lực” (RDC- rheo-diecasting) cho kết quả rất tốt.
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Đúc áp lực
Đúc áp lực là một phương pháp sản xuất phôi nhằm tạo ra các
chi tiết có kích thước chính xác do những chuyển động của dòng lưu
chất kim lọai lỏng dưới tác dụng của áp suất. thay vì do trọng lực

phẩm thừa (phế phẩm, hệ thống rót,…) không thể tái sử dụng cho các
lần đúc sau, do đó hiện nay các nghiên cứu trên thế giới chủ yếu tập
trung vào đúc lưu biến.
1.2.1.2. Đúc lưu biến
Sau khi nấu luyện, hợp kim được làm nguội kết hợp khuấy trộn,
sau đó được chuyển đến máy đúc và tạo hình với lực ép lớn.
Ưu điểm của phương pháp lưu biến so với đúc xúc biến: đúc được
nhiều loại hợp kim, sản phẩm thừa (phế phẩm, hệ thống rót,…) có
thể dùng làm hồi liệu, có thể kết hợp với phương pháp đúc áp lực nên


6
giảm chi phí đầu tư ban đầu. Nhược điểm: khả năng tự động hóa
không cao bằng đúc xúc biến.
1.2.3. Phối hợp giữa đúc lưu biến- đúc áp lực (Rheo diecasting- RDC)
Các phương pháp đúc lưu biến có thể kết hợp được 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 bằng sục khí để cho ra một phương pháp đúc mới là ”đúc
lưu biến- áp lực”. Đây là một hướng đi mới trên thế giới trong lĩnh
vực sản xuất các chi tiết từ hợp kim mầu nhẹ.
1.3. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
PGS.TS Nguyễn Hồng Hải đã thực hiện đề tài mã số KC0223/06-10 “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đúc bán lỏng để chế tạo
các sản phẩm từ hợp kim nhôm có độ bền cao trong ngành chế tạo
máy động lực, ô tô, xe máy”. Đề tài đã xác định được cửa sổ công
nghệ của các quá trình khuấy điện từ và khuấy bằng trục graphite.
Tiến sỹ Nguyễn Ngọc Tiến đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu công
nghệ đúc bán lỏng với hợp kim A356” bằng các phương pháp khuấy
từ và tạo mầm cho kết quả rất khả quan.
Kết luận:

khuôn, đồng thời làm giảm độ xốp trong vật đúc.
- Áp lực tới 3 GPa, tác động tức thời (trong khoảng 0,2s) nhằm tạo ra
quá nguội và quá trình kết tinh nhanh sau đó.
2.1.1. Ảnh hưởng của áp lực đến các tính chất nhiệt lý
Áp lực đặt lên kim loại lỏng trong quá trình kết tinh có ảnh hưởng
đáng kể tới các thông số nhiệt lý như nhiệt độ nóng chảy, hệ số dẫn
nhiệt, nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt nóng chảy v.v…
2.1.2. Ảnh hưởng của áp lực đến cân bằng pha
Sự thay đổi nhiệt độ nóng chảy (kết tinh) của kim loại và hợp
kim là một trong những biểu hiện của ảnh hưởng của áp lực tới cân
bằng pha. Ở đây không những có thay đổi về lượng, mà còn có thay
đổi về chất: có thể xuất hiện các pha mới hoặc thay đổi tính chất các
pha cũ. Việc nghiên cứu giản đồ pha có xét tới áp suất có một ý
nghĩa thực tiễn to lớn trong việc tìm ra các hợp kim mới hoặc biến
tính các hợp kim cũ: áp lực có thể làm thay đổi đáng kể giản đồ trạng
thái, dịch chuyển các đường chuyển pha, hình thành các pha hoặc
vùng pha. Bởi vậy bằng cách tác động áp lực lên kim loại trong quá
trình kết tinh có thể làm thay đổi tổ chức, cơ tính và các tính chất
khác của chúng.
2.1.3. Ảnh hưởng của áp lực tới các thông số của quá trình kết tinh
Quá trình kết tinh bắt đầu từ việc hình thành các mầm kết tinh
và sau đó là sự phát triển của chúng. Động học quá trình chuyển pha
ở đây có thể được đánh giá theo 2 thông số: số lượng mầm được hình
thành trong một đơn vị thể tích sau một đơn vị thời gian (tốc độ tạo
mầm) và tốc độ phát triển của mầm. Việc phân tích phương trình
2dT cho thấy, có thể làm giảm kích thước tới hạn của mầm
rth 
TVdp



phỏng dòng chảy chất lỏng, truyền nhiệt, truyền khối, phản ứng hóa
học, và các hiện tượng liên quan bằng cách giải các phương trình
toán học bằng phương pháp số.
2.4. Mô hình k-
Mô hình k- có ba mô hình đó là tiêu chuẩn, RNG và
Realizable. Cả ba mô hình này đều tương tự như nhau với những
phương trình cần bằng cho k và .


9
2.5. Cơ sở lý thuyết về lưu biến
Trong chất lỏng Newton, ứng suất cắt tỷ lệ với tốc độ cắt và hệ số
tỷ lệ là độ nhớt. Chất lỏng thixotropic là chất lỏng phi Newton, tức là
ứng suất cắt không tỷ lệ với tốc độ cắt. Độ nhớt khi đó được gọi là
độ nhớt biểu kiến và phụ thuộc vào tốc độ cắt và tỷ phần pha rắn. Vật
liệu có đặc tính thixotropic có đặc tính: độ nhớt giảm khi bị khuấy và
tăng ở trạng thái nghỉ. Phần lớn kim loại là vật liệu thixotropic (còn
được gọi là shear thinning, tức là mỏng ra khi cắt).
2.6. Cơ sở lý thuyết về quá trình tạo mầm
Quá trình đông đặc đòi hỏi sự sắp xếp lại nguyên tử từ trật tự gần
sang trật tự xa. Tạo mầm là quá trình quyết định ở giai đoạn đầu của
sự đông đặc và rất nhanh chóng dẫn đến sự hình thành số hạt tinh thể
cuối cùng. Bởi vậy, các điều kiện dẫn tới sự tạo mầm là vô cùng
quan trọng và quyết định đặc tính của tổ chức kim loại. Có hai loại:
tạo mầm nội sinh (đồng thể) và tạo mầm ngoại sinh (dị thể). Trong
nghiên cứu này chủ yếu quan tâm đến tạo mầm dị thể do trong quá
trình tạo mầm dị thể hàng rào năng lượng của quá trình tạo mầm thấp
hơn nhiều so với tạo mầm đồng thể và được đánh giá qua hàm f(),
trong đó  là góc thấm ướt giữa mầm dị thể và pha rắn.
2.7. Đặc điểm của hợp kim Al-Si

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,
các tài liệu đã công bố kết hợp với thực tế về công nghệ đúc “Lưu
biến- áp lực”.
- Nghiên cứu mô phỏng bằng các phần mềm MAGMAsoft và
ANSYS
- Nghiên cứu thực nghiệm trên mẫu:
+ Chế tạo các mẫu thử bằng phương pháp công nghệ “Lưu
biến- áp lực”
+ Kiểm tra cơ, lý, tính và đánh giá các mẫu thử đã được chế
tạo bằng phương pháp công nghệ “Lưu biến- áp lực”.
Chương 4
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 được tổng diện
r


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

 1 
16315,5 * 0,066 * 

 1,6 

1, 71

 1 


 1,6 

7,8 *10 6 m 2

Như vậy tổng thiết diện rãnh hơi là fh = 7,8 mm2, tiết diện rãnh hơi
cho mỗi mẫu thử là: 7,8/4=1,95 mm2.
Lựa chọn tiết diện một rãnh hơi là: 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

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 là 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 1 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
đó cho bột bentônít vào trộn đều.
4.3.3. Chuẩn bị nồi nấu
Nồi nấu được làm bằng gang. Để tránh tạp chất xâm nhập vào

thực hiện bán tự động, được
trình bày trên hình 4.3. Kim loại
lỏng được rót vào gầu rót (1)
4
đặt trong bình ổn nhiệt (2). Đặt
can nhiệt (3) vào khoảng giữa
8
trục graphite với thành gầu rót.
Quy trình khuấy được đặt tự
5
động như sau:
1) Khi nhiệt độ kim loại lỏng 6
trong gầu rót (1) đạt 6250C thì
3
động cơ (4) sẽ hoạt động dịch
1
chuyển trục khuấy xuống dưới
7
và dừng chuyển động khi chạm
2
vào công tắc hành trình (7).
Hình 4.3. Thiết bị khuấy bán lỏng
2) Đồng thời động cơ (5) sẽ hoạt
bằng trục graphit
động với tốc độ quay của trục
khuấy Ø30mm (6) là 200 vòng/phút.
3) Khi nhiệt độ trong gầu rót (1) đạt nhiệt độ là 6100C thì động cơ (5)
sẽ dừng hoạt động, động cơ (4) sẽ được kích hoạt để dịch chuyển
trục khuấy lên trên và dừng dịch chuyển khi chạm vào công tắc hành
trình (8); thời gian khuấy khoảng 12÷15 giây.

Hình 5.1. Vận tốc điền đầy khuôn ở
tiết, không khí được thoát ra thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn P=84%,
h/H=0,5
ngoài thông qua đậu tràn, rãnh
thoát khí và các chốt đẩy. Đây chính là đặc trưng của đúc lưu biếnáp 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 giữa chiều
dày rãnh dẫn h và chiều dày
thành vật đúc H, h/H=0,7; vận
tốc dòng chảy của kim loại trong
hốc khuôn khoảng 3÷3,6m/s
(hình 5.2), dòng kim loại điền
đầy tuần tự, không xuất hiện
dòng chảy rối. Khoảng trống Hình 5.2. Vận tốc điền đầy khuôn ở
thời điểm tỉ lệ điền đầy khuôn
không khí trong hốc khuôn được
P=92%, h/H=0,7
thu hẹp dần về phía trên cùng
của chi tiết, không khí được thoát ra ngoài thông qua đậu tràn, rãnh
thoát khí và các chốt đẩy.
5.1.3. 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 = 0,8


15

nóng chảy của hợp kim Al-Si sẽ tăng lên khoảng 120C. Vì vậy, trong
khoảng thời gian ép tĩnh 3s, mẫu thử đông đặc hoàn toàn dưới áp lực
cao, đây chính là đặc trưng của đúc áp lực cao.
5.2.2. Phân bố nhiệt độ trên mặt cắt và biến thiên nhiệt độ tại các vị trí
tâm mẫu
Khi rót kim loại lỏng A356 vào khuôn với nhiệt độ rót là 6100C, với
áp lực ép tĩnh là 185Mpa ở biểu đồ phân bố nhiệt độ trên các mặt cắt
hình 5.4 và hình 5.5 ở thời điểm 3s cho thấy đường nhiệt độ đi qua
các mặt cắt A-A (P1), B-B (P2), C-C (P3) không có sự chênh lệch


16
nhiệt độ lớn tại các vị trí trên, nhiệt độ đạt khoảng 5690C (8420K).
Có thể giải thích rằng do tốc độ nguội rất cao (thông thường
khoảng 103 K/s) nên quá trình đông đặc là không cân bằng, lượng
pha lỏng còn lại lớn nên việc làm đồng đều hóa nhiệt độ khiến cho
tinh thể có thể phát triển theo mọi hướng và đây là điều kiện rất quan
trọng cho việc hình thành các hình thái tinh thể đều trục (equi-axed)
và cầu tròn.

Hình 5.4. Phân bổ nhiệt độ trên mặt cắt
của vật đúc tại thời điểm 3s với áp lực
185MPa, nhiệt độ rót là 6100C

Hình 5.5. Biến thiên nhiệt độ tại các vị trí
tâm của vật đúc đến thời điểm 7s với áp
lực 185MPa, nhiệt độ rót là 6100C

Kết luận: Việc phân tích kết quả mô phỏng số quá trình truyền
nhiệt cho thấy rõ ràng là việc kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc áp lực


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

Còn
lại


17
Trên bảng 5.1 cho thấy, hàm lượng các nguyên tố hợp kim
chính như Si, Mg, Ti đều nằm trong dải cho phép của tiêu chuẩn của
hợp kim A356 [36].
5.3.1. Sự hình thành pha nền
Sự hình thành và phát triển của tổ chức tế vi xảy ra trong đúc
thông thường theo hình thái nhánh cây với sự tập trung tạp chất trên
biên hạt và ở khu vực giữa nhánh cây. Các tinh thể phát triển chủ yếu
theo hướng ngược với hướng truyền nhiệt dẫn tới sự hình thành các
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 được có hình dạng phi nhánh cây và tương đối đồng
đều. Do kết hợp khuấy nhằm làm tăng tốc độ tạo mầm, đồng đều hóa
nhiệt độ kết hợp với nhiệt độ rót thấp (6100C), gần với nhiệt độ đông
đặc của hợp kim đã làm giảm, thậm chí mất vùng tinh thể dạng cột.
Khi thay đổi áp lực ép tĩnh
lần lượt là: 185; 190; 195; 200;
205 MPa, có thể thấy rõ sự xuất
hiện của 3 nhóm hạt: nhóm các
hạt 1 có kích thước khoảng
35µm gần như không thay đổi,
nhóm các hạt 2 như các mảnh
vỡ của nhánh cây và nhóm các
hạt 3 có kích thước rất nhỏ
mịn (khoảng 2-7 m). Áp lực
ép tĩnh càng lớn nhóm các hạt

nhiên trong trường hợp rheo-diecasting có thể thấy Si cùng tinh đã
chuyển sang dạng sợi hoặc bông tuyết. Kích thước (đường kính) của
sợi Si là khá nhỏ, chỉ khoảng vài trăm nm.
5.4. Kết quả nghiên cứu về tỉ trọng của hợp kim A356
5.4.1. Các chế độ công nghệ
- Hợp kim A356 có thành phần hóa học như trên, sau khi múc vào
gáo rót, nhiệt độ kim loại đạt 6250C thì khuấy bằng trục graphít với
vận tốc 200 vòng/phút. Khi nhiệt độ 6100C thì tiến hành rót vào
buồng ép của máy đúc áp lực. Khuôn đúc lưu biến- áp lực cho mẫu
thử với tỷ lệ giữa chiều dày rãnh dẫn h và chiều dày thành vật đúc H,
h/H= 0,8, lựa chọn vận tốc nạp tại miệng phun là 5m/s (tương ứng
vận tốc di chuyển của piston v2 = 1,5m/s).
- Thí nghiệm đối với chế độ đúc áp lực tiến hành rót với nhiệt độ
kim loại là 6600C, vận tốc nạp tại miệng phun là 12m/s (tương ứng
vận tốc điền đầy của piston v2 = 3,6m/s).
5.4.2. Kết quả xác định tỷ trọng
5.4.2.1. Kết quả xác định tỷ trọng theo chiều dọc mẫu
Các mẫu thử được gia công, mài phẳng với kích thước
8x8x180mm, tiến hành cân tỷ trong bằng thiết bị cân tỷ trọng AD 1653/ GR-202 của Nhật Bản.
Các kết quả về tỷ trọng của hợp kim nhôm A356 với các chế
độ đúc khác nhau được trình bày trên bảng 5.2.
Bảng 5.2. Ảnh hưởng của áp lực ép tĩnh đến tỷ trọng của HK A356


19
Ảnh hưởng của áp lực ép tĩnh đến tỷ trọng của hợp kim A356
Áp lực ép tĩnh, MPa
185
190
195

độ nguội và quá trình kết tinh, hình thành tổ chức là hoàn toàn phù
hợp. Tương tự như vậy kết quả tỷ trọng tuyệt đối trên mẫu thử khi
đúc áp lực với cùng điều kiện như đã tiến hành mô phỏng. Ta thấy
ứng với các vị trí 1, 2 và 3 (hình 5.4) lần lượt có giá trị là; 2634
kg/m3, 2601 kg/m3 và 2616 kg/m3. Kết quả thí nghiệm cho thấy các
mẫu đúc bằng công nghệ đúc áp lực thông thường tại 3 vị trí P1, P2,
P3 có tỷ trọng nhỏ hơn so với các mẫu đúc bằng công nghệ đúc lưu
biến-áp lực.
Kết luận:
Việc phân tích kết quả mô phỏng số quá trình truyền nhiệt và
so sánh phân bố tỷ trọng với kết quả thực nghiệm cho thấy rõ ràng là
việc kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc áp lực là rất thuận lợi:
1. Việc hình thành các tinh thể đều trục, cầu tròn phi nhánh cây ít
gây cản trở cho quá trình “nuôi” hơn là các tinh thể nhánh cây
do ma sát giữa kim loại lỏng và tinh thể giảm, nhờ vậy xốp co ít
hơn và tỷ trọng tăng.
2. Áp lực cũng giúp cho quá trình “nuôi” vật đúc tốt hơn nhờ việc
thấm lọc qua vùng 2 pha.
3. Việc điền đầy khuôn bằng dòng chảy tầng khiến sự cuốn khí
giảm, dẫn đến việc giảm rỗ khí, nhờ vậy mà tỷ trọng cũng tăng.


20
Rõ ràng đây là những ưu điểm rất nổi bật của phương pháp
rheo-diecasting.
5.5. Nghiên cứu phân tích cấu trúc
Kỹ thuật quan trọng và phổ biến của Cơ học phá hủy, trong đó
bề mặt thực của mặt gẫy có thể được quan sát và đánh giá bằng
phương pháp chụp và phân tích trên kính hiển vi điện tử quét.
Có thể nhận thấy rất rõ trên các ảnh mặt gẫy là phá hủy xảy ra


6

8

10

12

14

15

Vị trí P1

99,1

88,6

84,9

83,7

83,2

83,4

84,5

88,8


81,5

80,2

81,4

83,3

87,6

97,3


21
Có thể thấy rằng tại vị trí P2 (hình 5.4), độ cứng có giá trị thấp
nhất vì đây là nơi nguội sau cùng trong mẫu đúc. Tại vị trí P1, độ
cứng cao hơn cả vì đây là nơi bị tác động của áp lực ép tĩnh lớn nhất,
độ sít chặt tốt nhất. Độ cứng trung bình của mẫu đạt khoảng 80HV
(tương đương 74HB), đạt tiêu chuẩn so với ASM (60-70 HB).
5.7. Kết quả nghiên cứu về độ bền kéo của hợp kim A356
Kết quả nghiên cứu cho
thấy, độ bền kéo trung bình
của các mẫu đúc áp lực chỉ
đạt 210MPa (mẫu số 6) vì
với công nghệ đúc áp lực
nhiệt độ rót cao hơn và dòng
chảy rối nên trong thể tích
mẫu thường còn chứa các bọt
khí nhỏ và Si cùng tinh dạng

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 có
bề mặt nhẵn đẹp như được trình bày ở hình 6.9.

Hình 6.9. Hình ảnh chi tiết 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 các
yếu tố công nghệ khuôn và lưu tốc của dòng chảy:
- Khi tỷ lệ giữa chiều dày rãnh dẫn trên chiều dày thành vật
đúc, h/H = 0,5 thì để đảm bảo dòng chảy tầng vận tốc tối đa
của dòng chảy, vmax = 2,2 m/s;


23
- Với h/H = 0,7 thì vmax = 3,6 m/s;
- Với h/H = 0,8 thì vmax = 5 m/s;
Kết quả mô phỏng cũng cho thấy: khác với đúc thông thường, trong
quá trình đúc lưu biến-áp lực nhiệt độ khối kim loại bán lỏng được
đồng đều hóa: kết quả xác định trường 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

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 lực có độ sít chặt tốt,
không xuất hiện rỗ xốp tại các vị trí ụ dày, không bị nhăn ở các vị trí
thành mỏng. Phương pháp đúc lưu biến- áp lực cho phép đúc các sản
phẩm có độ dày thành trung bình đến 20mm. Vận tốc của kim loại đi
vào hốc khuôn nhỏ (~ 2-5 m/s), dòng chảy tầng, ít cuốn khí, giảm độ
co, bọt xốp. Nhiệt độ kim loại lỏng thấp hơn (~ 6000 C), tăng tuổi thọ
của khuôn, chu trình đúc được rút ngắn.
Có thể ứng dụng công nghệ đúc Lưu biến-áp lực để chế tạo các sản
phẩm trong ngành máy động lực - máy nông nghiệp thay thế cho các
chi tiết bằng gang có trọng lượng lớn.