Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đúc lưu biến liên tục đến tổ chức và tính chất của hợp kim nhôm A356

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của luận án Phương pháp đúc thỏi, sau đó cán tạo tấm truyền thống tốn nhiều thời gian và chi phí, tốc độ nguội thấp nên tổ chức hạt thô to. Nếu đúc tấm mỏng thì tốc độ nguội cao hơn, vì vậy phương pháp đúc tấm mỏng ngày càng phát triển trên thế giới. Như đã biết, có thể tăng cơ tính của hợp kim bằng cách thay đổi hình thái của tổ chức tế vi hợp kim từ dạng nhánh cây sang dạng cầu. Ngày này có nhiều phương pháp cầu hóa khác nhau, một trong nhưng phương pháp đó là phương pháp đúc lưu biến được các nhà khoa học quan tâm nhiều. Đó là dạng tạo hình vật liệu ở trạng thái hốn hợp rắn- lỏng, đã được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng khá sớm trên thế giới và sau đó ở Việt Nam, đầu tiên là trong kỹ thuật luyện kim bột, gần đây là trong kỹ thuật đúc. Công nghệ đúc lưu biến liên tục là một công nghệ mới và tiên tiến, kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc liên tục, không những tạo ra được sản phẩm tấm, mà vật đúc chế tạo bằng cách này có chất lượng tốt nhờ có tổ chức hạt gần cầu, tránh được các khuyết tật đúc, cơ tính và tính công nghệ được cải thiện. Nhôm và hợp kim nhôm được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp mũi nhọn trên thế giới. Cùng với các loại hợp kim nhôm đặc chủng phục vụ cho ngành công nghiệp chế tạo (máy bay, ôtô, xe máy), nhôm tấm nhẹ, dễ tạo hình, với độ bền kết cấu tốt còn được ứng dụng nhiều trong ngành xây dựng, thiết kế nội thất và các vật dụng sinh hoạt, ví dụ như mái vòm, tấm ốp tường, vách cách âm, bọc bảo ôn, chao đèn, khung bàn ghế, dụng cụ nội trợ, ... Việc nghiên cứu-ứng dụng kỹ thuật đúc lưu biến-liên tục cho hợp kim nhôm A356 cần thiết và phù hợp với nhu cầu hình thành một ngành công nghiệp hỗ trợ trong chiến lược hiện đại hóa ngành chế tạo máy của Việt Nam hiện nay và tương lai, cũng như với xu hướng phát triển loại vật liệu này nói chung trên thế giới. Xuất phát từ đó, hướng “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đúc lưu biến liên tục đến tổ chức và tính chất của hợp kim nhôm A356” đã được chọn làm đề tài cho luận án NCS. Mục đích của luận án - Khảo sát, xác định các thông số cơ bản của quá trình đông đặc của hợp kim A356 làm cơ sở cho việc nghiên cứu công nghệ đúc lưu biến liên tục. 2 - Xác định thông số công nghệ đúc lưu biến liên tục áp dụng cho hợp kim nhôm A356 đạt yêu cầu tổ chức tế vi hợp kim có dạng phi nhánh cây, kích thước nhỏ mịn và cơ tính được cải thiện. - Ổn định và triển khai áp dụng công nghệ để chế tạo tấm mỏng từ hợp kim nhôm đa ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án  Ý nghĩa khoa học - Về lý thuyết: Góp phần hoàn thiện cơ sở lý thuyết của công nghệ đúc lưu biến liên tục cho hợp kim A356, làm rõ mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ, tổ chức tế vi và cơ tính hợp kim. - Về công nghệ: Đã xác lập và ổn định các thông số công nghệ của phương pháp đúc lưu biến liên tục để chế tạo tấm mỏng từ hợp kim nhôm; cũng như ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến sự hình thành hợp kim bán lỏng, đến tổ chức tế vi và cơ tính hợp kim.  Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận án có thể làm tài liệu tham khảo để hoàn thiện công nghệ ở quy mô lớn hơn, nhằm áp dụng triển khai sản xuất các chi tiết từ hợp kim nhôm phục vụ ngành xây dựng như mái vòm, tấm ốp tường, ốp trần nhà, vách cách âm, ... Ngoài ra, hợp kim nhôm tấm chế tạo bằng kỹ thuật đúc lưu biến liên tục, nhờ có các đặc tính nhẹ, dễ tạo hình biến dạng, bền cơ-nhiệt và dẫn nhiệt tốt còn có thể được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, tổng hợp các tài liệu đã có về công nghệ bán lỏng của các tác giả trong và ngoài nước. Lập tổng quan, đánh giá và lựa chọn phương án (công nghệ, thiết bị, vật liệu) thích hợp cho mục đích luận án. - Thống kê, tổng hợp các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về đối tượng vật liệu đã lựa chọn cho nghiên cứu. - Thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và hoàn thiện thiết bị công nghệ và chế tạo vật liệu. - Khảo sát ảnh hưởng của từng yếu tố thực nghiệm, xác lập quy luật và so sánh với dự báo lý thuyết và kết quả đã công bố của các tác giả. - Kiểm tra đánh giá tổ chức tế vi và cơ tính vật liệu. - Tổng hợp, xử lý và phân tích kết quả thực nghiệm để xác định bộ số liệu về các thông số công nghệ nhằm tối ưu hoá quá trình. Những điểm mới của luận án 3 - Đã ứng dụng kỹ thuật đo 2 điểm và quy tắc đòn bẩy không cân bằng để xác định các thông số quan trọng của quá trình đông đặc như tỷ phần pha rắn, tốc độ nguội, tốc độ đông đặc. - Đã phát hiện sự đổi dấu của tốc độ nguội khi đúc lưu biến chứng tỏ có sự tạo mầm mãnh liệt. - Đã mô phỏng quá trình đúc lưu biến - liên tục theo 2 giai đoạn (tĩnh và động), nhờ đó các kết quả mô phỏng là cơ sở tin cậy để hoàn thiện công nghệ. - Đã phát hiện sự phụ thuộc rõ rệt của tổ chức vào tốc độ nguội trong trường hợp tấm mỏng (2-5 mm). - Đã phát hiện sự sai khác không đáng kể về cơ tính theo chiều ngang và chiều dọc tấm, chứng tỏ hướng truyền nhiệt chính là về phía các con lăn. - Cuối cùng, đã thực hiện thành công công nghệ đúc lưu biến liên tục để đúc tấm mỏng - là công trình nghiên cứu đầu tiên và duy nhất tại Việt nam cho đến thời điểm này. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1. 1. Công nghệ bán lỏng Độ nhớt là thông số quan trọng nhất của hợp kim trong công nghệ bán lỏng và phụ thuộc vào tốc độ cắt và thời gian. Spencer và các cộng sự là những người đầu tiên phát hiện ra hành vi này trong hợp kim bán lỏng vào đầu những năm 70 khi khảo sát sự nứt nóng bằng thước đo lưu biến. Nếu vật liệu bị khuấy liên tục trong quá trình nguội từ trạng thái lỏng hoàn toàn tới trạng thái bán lỏng thì độ nhớt của nó sẽ thấp hơn nhiều so với khi nó được làm nguội xuống trạng thái bán lỏng mà không khuấy. Việc khuấy sẽ bẻ gãy các nhánh cây đã xuất hiện, làm cho tổ chức tế vi ở trạng thái bán lỏng bao chỉ gồm các hạt cầu được bao quanh bởi pha lỏng. Đó chính là tổ chức tế vi cần đạt được trong công nghệ bán lỏng. Có 2 họ công nghệ chính là lưu biến (rheo-) và xúc biến (thixo-). a. Phương pháp đúc lưu biến (rheo-) dùng kỹ thuật khuấy kim loại lỏng trong khi đông đặc để tạo thành trạng thái sệt (slurry), sau đó đem rót trực tiếp kim loại lỏng nhão này vào khuôn. Việc khuấy trộn kim loại chủ yếu nhằm tạo ra một tốc độ trượt rất cao giữa các phần tử và cường độ dòng xoáy sẽ làm cho các phần tử rắn kết tinh theo dạng hình cầu. Tuy nhiên, với công nghệ này, kim loại kết tinh trong điều kiện áp suất bình thường nên chất lượng vật đúc chưa được cải thiện nhiều. Bởi vậy đã xuất hiện phương pháp đúc lưu biến cải tiến (New Rheocasting - NRC). Phương pháp này là sự kết hợp phương pháp đúc ép thẳng đứng truyền thống với phương pháp gia công kim loại lỏng để chế tạo kim loại có cấu trúc dạng cầu. 4 Nguyên lý cơ bản của phương pháp là  Nấu chảy hợp kim, tinh luyện, biến tính.  Rót hợp kim vào nồi chứa có kích thước tương tự như xylanh ép của máy đúc áp lực. Làm nguội có điều kiện nhiệt độ kim loại trong nồi chứa để tạo trạng thái bán lỏng và tổ chức kim loại hình cầu/gần cầu.  Gia nhiệt nồi chứa đến nhiệt độ thích hợp để tạo thành trạng thái bán lỏng và giữ ở nhiệt độ này.  Rót kim loại vào xylanh máy ép áp lực cao để chế tạo chi tiết. b. Họ công nghệ xúc biến (Thixo-) có: Đúc xúc biến (Thixocasting): 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” vào khuôn thì tỷ phần pha rắn là khoảng 50 %. Tạo hình xúc biến (Thixoforming) là một phương pháp trong đó vật liệu phù hợp được nung tới trạng thái bán lỏng và được ép vào khuôn. Thông thường tỷ phần pha lỏng chiếm 30-50 % trước khi được ép. 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. 1. 2. Công nghệ đúc lưu biến 1.2.1. Cơ sở lý thuyết Trong chất lỏng Newton, ứng suất cắt  tỷ lệ thuận với tốc độ cắt , và hệ số tỷ lệ là độ nhớt . Chất lỏng xúc biến (thixotropic) là chất lỏng phi Newton, tức là ứng suất cắt không tỷ lệ thuận 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 (hình 1.9). Một số chất lỏng phi tuyến bộc lộ tính đàn nhớt, tức là chúng tích trữ một năng lượng cơ học gọi là năng lượng đàn hồi. Vật liệu xúc biến không tích trữ năng lượng đàn hồi và không bộc lộ tính đàn hồi khi ứng suất bị dỡ bỏ. Nếu chất lỏng bộc lộ ứng suất chảy và có mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất cắt và tốc độ cắt, nó được gọi là vật liệu Bingham (hình 1.10). Hình 1.9. Quan hệ giữa tốc độ cắt, tỷ phần pha rắn và độ nhớt biểu kiến [28] 5 Khi đó:  ky  ; (1.1) ở đây k là hệ số liên quan tới độ nhớt. Mô hình Herchel-Bulkley là mô hình mà ở đó hành vi là phi tuyến sau chảy, tức là: n y k  ; (1.2) trong đó y là ứng suất chảy tĩnh; n là tham số. Mô hình Herchel-Bulkley n y k  được sử dụng để mô tả các chất lỏng không có điểm chảy dẻo (yield point) và thể hiện mối tương quan về năng lượng giữa ứng suất cắt  và tốc độ cắt . Nếu số mũ là 1 thì sẽ dẫn đến biểu thức cho chất lỏng Newton với hằng số k bằng độ nhớt . Ở hình 1.9, độ nhớt giảm đi khi tốc độ cắt tăng, vật liệu chịu cắt (shear thinning materials,) sẽ có giá trị n nhỏ hơn 1. Nếu độ nhớt tăng lên khi tốc độ cắt tăng, vật liệu chịu cắt (shear thickening materials) sẽ có n lớn hơn 1. Vật liệu xúc biến chủ yếu là loại vật liệu có độ nhớt giảm khi chịu cắt, độ nhớt tăng trở lại khi được giữ ở trạng thái tĩnh. Người ta cho rằng khi tốc độ cắt rất cao và rất thấp thì chất lỏng xúc biến trở thành chất lỏng Newton. Điều này được thể hiện ở mô hình Cross (hình 1.12):           nk   1 0 (1.3) mà ở đó khi  0,   0 và khi   ,   . Hình 1.12 cho thấy các số liệu nhận được từ một số nghiên cứu cho hợp kim Sn-15% Pb với các tỷ phần pha rắn khác nhau. Hình 1.10. Quan hệ ứng suất cắt-tốc độ cắt và độ nhớt-tốc độ cắt đối với một số dạng hành vi lưu biến [28] Phi Newton Phi Newton Phi Newton Vật liệu Newton Phi Newton 6 Độ nhớt phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ. Đối với chất lỏng Newton (ví dụ lưới chất lỏng trong khối nhão bán lỏng), độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới tổ chức tế vi. Như vậy, trong khối nhão bán lỏng, tỷ phần pha rắn giảm khi nhiệt độ tăng, hậu quả là ảnh hưởng tới độ nhớt. Thêm vào đó, tổ chức tế vi sẽ trở nên thô hơn do khuếch tán khi nhiệt độ tăng. 1.2.2. Một số công nghệ đúc lưu biến a. Đúc gần nhiệt độ đường lỏng b. Phương pháp “đúc lưu biến mới” (New Rheocasting - NRC) c. Phương pháp nhiệt trưc tiếp (Direct thermal method) d. Phương pháp H-NCM 1.3. Công nghệ đúc lưu biến liên tục Hiện nay có nhiều công nghệ đúc tấm mỏng khác nhau nhưng công nghệ đúc lưu biến liên tục được quan tâm nhiều. Đó là công nghệ đúc gần nhiệt độ đường lỏng. Phương pháp được lựa chọn là phương pháp nhiệt trực tiếp dùng máng nghiêng. Phương pháp này có nguyên tắc giống NRC (tạo mầm ngoại sinh trên trên thành kim loại nguội), song ở đây không sử dụng thành khuôn mà sử dụng máng nghiêng. Kim loại lỏng được rót vào khuôn qua máng nghiêng có nước làm nguội chảy qua. Như vậy máng nghiêng có nước làm nguội sẽ làm tăng tốc độ nguội, tạo tâm mầm kết tinh dị thể. Rót qua máng nghiêng là phương pháp đúc lưu biến duy nhất cho một dòng chảy liên tục đáp ứng công nghệ đúc liên tục. Trong công nghệ đúc bán lỏng tỉ phần rắn dao động trong khoảng 5-40 %; còn trong Hình 1.12. Mô hình Cross phù hợp với độ nhớt biểu kiến của hợp kim Sn- 15% Pb theo các tác giả khác nhau [27] 7 phương pháp máng nghiêng tỉ phần rắn thấp hơn 10 % do đặc thù của quá trình là tạo mầm dị thể. 1.3.1. Cơ sở lý thuyết tạo mầm dị thể 1.3.2. Một số nghiên cứu về đúc lưu biến sử dụng máng nghiêng làm nguội trên thế giới Có thể thấy rằng việc rót qua máng nghiêng đáp ứng được 2 yêu cầu của quá trình đúc lưu biến liên tục: - Tạo mầm dị thể, - Tạo một dòng chảy liên tục. Nhóm nghiên cứu T. Haga (Nhật Bản) cho rằng máng làm nguội là thiết bị đơn giản nhất để đúc bán lỏng theo công nghệ lưu biến. Sơ đồ thiết bị nghiên cứu nêu trên hình 1.29. Hình 1.29. Sơ đồ thiết bị nghiên cứu của T.Haga [29] Nhóm tác giả E. Cardoso Legoretta, H. V. Atkinson, H. Jones (Vương quốc Anh) cũng khảo sát khả năng sử dụng máng nghiêng đối với hợp kim A356. Sơ đồ thiết bị trình bày trên hình 1.30. Tổ chức đạt được ở cuối máng làm nguội có dạng cầu tròn, kích thước hạt  (60÷70) m, hàm hình dạng F trong khoảng từ 2 đến 4. Tác giả Yucel Birol cũng đã nghiên cứu quá trình đúc lưu biến trên máng nghiêng để tạo hình bán lỏng (thixoforming) cho hợp kim Al-Si Hình 1.30. Sơ đồ nghiên cứu và tổ chức tế vi theo E. Cardoso Legoretta [42] 8 sau cùng tinh A390. Chiều dài máng làm nguội 30 cm. Chi tiết không bị rỗ, độ cứng 144 HB sau khi tôi ở chế độ T6. Hình ảnh thiết bị và tổ chức tế vi trình bày trên hình 1.31. Hình 1.31. Thiết bị và tổ chức hợp kim trong nghiên cứu của Y. Birol [11] 1.3.3. Một số nghiên cứu về đúc lưu biến liên tục sử dụng máng nghiêng làm nguội Tác giả T. Haga đã nghiên cứu quá trình đúc tấm nhôm A356 bằng phương pháp bán lỏng liên tục sử dụng 2 con lăn kích thước như nhau: đường kính 300 mm, rộng 100 mm. Sơ đồ thiết bị và tổ chức tế vi đạt được trình bày trên hình 1.33. Tác giả T. Haga, H. Sakaguchi, H. Inui, H. Watari và S. Kumai [24] đã nghiên cứu thiết kế máy đúc lưu biến liên tục hợp kim nhôm Al-16Si và 6111 với 2 trục quay có đường kính không bằng nhau (250 và 1000 mm, rộng 100 mm). Các tác giả T. Haga, M. Ikawa, H. Watari, S. Kumai, H. Sakaguchi [21,54] nghiên cứu khả năng đúc liên tục thẳng đứng tấm nhôm từ hợp kim 6016 dày 3 và 3,4 mm, rộng 100 mm bằng con lăn với tốc độ cao (có thể đạt 60 m/phút). Tổ chức tế vi sau nhiệt luyện T4 nhỏ mịn, giới hạn bền kéo 230-242 MPa, độ giãn dài tương đối 26-33 %. Các tác giả T. Haga, H. Inui, H. Sakaguchi, H. Watari và S. Kumai [25] cũng đã nghiên cứu khả năng đúc liên tục thẳng đứng tấm nhôm Hình 1.33. Sơ đồ thiết bị và tổ chức tế vi nhận được khi rót hợp kim từ trạng thái khác nhau của T. Haga [30]. Ảnh trái: rót từ kim loại lỏng, ảnh phải: rót từ trạng thái bán lỏng 9 bằng con lăn từ hợp kim nhôm tái chế A356 và 6063. Kích thước tấm: dày 3 mm, được kéo với tốc độ 60 m/min. CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là hợp kim nhôm A356, thuộc họ silumin. Nghiên cứu này sử dụng hệ ký hiệu hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn của Hoa Kỳ. Hợp kim A356 có thành phần như trong bảng 2.1 Bảng 2.1. Thành phần hóa học của hợp kim A356 Ng. tố Cu Mg Mn Si Fe Zn Ti %  0,2 0,25-0,45  0,1 6,5-7,5  0,2  0,1  0,2 2.2. Phương pháp nghiên cứu - Đo ghi nhiệt độ tự động - Phân tích nhiệt vi sai - Kỹ thuật đo ghi 2 điểm - Mô phỏng số - Nghiên cứu thực nghiệm - Hiển vi quang học - Hiển vi điện tử quét (SEM) - Kiểm tra cơ tính CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CƠ BẢN VỀ HỢP KIM NHÔM A356 3.1. Kỹ thuật thực nghiệm 3.1.1. Nấu luyện và xử lý hợp kim Quy trình nấu luyện gồm: sấy nhôm và dụng cụ, nấu chảy hợp kim nhôm, khử khí, tinh luyện, vớt xỉ và che phủ, sục khí N2 (Ar), rót ở các nhiệt độ 625, 650, 675 và 700 oC. 3.2. Xác định nhiệt độ đường lỏng và rắn hợp kim A356 3.2.1. Phương pháp thực nghiệm Phương pháp phân tích nhiệt vi sai và theo giản đồ pha. 3.2.2. Kết quả và thảo luận 10 a. Kết quả phân tích nhiệt vi sai - Nhiệt độ đường rắn TS = 545 o C - Nhiệt độ đường lỏng TL = 616 o C - Khoảng nhiệt độ kết tinh Tn = 71 o C b. Kết quả xác định theo giản đồ pha - Nhiệt độ đường rắn TS = 553 o C - Nhiệt độ đường lỏng TL = 615 o C - Khoảng nhiệt độ kết tinh Tn = 62 o C 3.3. Xác định tỷ phần pha rắn 3.3.1. Phương pháp xác định tỷ phần pha rắn khi đông đặc a. Trường hợp đông đặc cân bằng SL L S CC CC f    0 (3.2) - Tại nhiệt độ 635 o C: fS = 0 % - Tại nhiệt độ 610 o C: fS = 12 % - Tại nhiệt độ 585 o C: fS = 47 %. b. Trường hợp đông đặc không cân bằng (3.4) - Tại nhiệt độ 610 o C: fS = 11 % - Tại nhiệt độ 585 o C: fS = 44 % - Tại nhiệt độ 505 o C: fS = 76 %. c. Xác định tỷ phần pha rắn theo đường nhiệt độ thực tế Hợp kim đạt được cùng một tỷ phần pha rắn (75 %) ở những thời gian khác nhau: nhiệt độ rót càng cao quãng thời gian đó càng dài: 44, 53 và 123 s ứng với nhiệt độ rót lần lượt là 625, 650 và 675 o C. Ngoài ra, có thể thấy rằng tỷ phần pha rắn tăng rất nhanh ở giai đoạn đầu, sau đó tăng chậm ở giai đoạn sau. Đây là điều cần chú ý khi nghiên cứu công nghệ bán lỏng. 3.4. Xác định tốc độ nguội và tốc độ đông đặc của hợp kim A356 3.4.1. Đường cong nguội và tốc độ nguội của hợp kim  k m Lm S TT TT f           1/1 1 11 Tốc độ nguội là tốc độ giảm nhiệt độ theo thời gian. Quá trình nguội chậm (cân bằng) có tốc độ nguội  0. Quá trình nguội nhanh có tốc độ nguội > 10 3 độ/s. Tốc độ nguội được ký hiệu là dT/dt [độ/s]. a. Đo ghi đường cong nguội bằng thiết bị TempScan (Omega-Mỹ) Tốc độ nguội cực đại ( -15 độ/s) đạt được khi kim loại bắt đầu tiếp xúc với khuôn nguội, sau đó giảm dần do khuôn bị nóng lên. Khi mầm kết tinh được hình thành, do ẩn nhiệt kết tinh toả ra mạnh nên nhiệt độ tăng (hình 3.19, 3.20). Tốc độ nguội chịu ảnh hưởng khá rõ rệt của các thông số công nghệ. b. Ảnh hưởng của nhiệt độ rót - Ở Trót = 625 o C chênh lệch nhiệt độ ở tâm và thành khuôn (trung bình 100 o C) lớn hơn nhiều so với khi rót ở 675 o C (trung bình 30 o C), do đó mầm được tạo ra nhiều hơn trường hợp Trót = 625 o C khiến nhiệt độ giảm chậm do tỏa ẩn nhiệt kết tinh. - Ở Trót = 625 o C trong khoảng từ 20 đến 35 s tốc độ nguội đã đổi dấu và có giá trị dương, với giá trị tối đa  0,4 độ/s, chứng tỏ nhiệt độ kim loại lỏng đã tăng trở lại. - Tốc độ nguội tối đa (dT/dt)max không vượt quá 1 độ/s. c. Ảnh hưởng của thời gian làm nguội Ở trường hợp góc nghiêng của máng là 60 o , thời gian tiếp xúc ngắn, do kim loại chảy nhanh hơn so với góc nghiêng của máng là 45 o . Bởi Hình 3.19. Kết quả đo nhiệt độ cho hơp kim A356 và 6061 cùng chế độ công nghệ Hình 3.20. Tốc độ nguội của hợp kim A356 điền đầy khuôn ở nhiệt độ bán lỏng 12 vậy, tuy mầm có được tạo ra nhưng cũng chỉ đủ để duy trì tốc độ nguội bằng 0. Nếu xét tới khả năng bám dính của kim loại lỏng trên máng làm nguội thì việc chọn góc nghiêng của máng là 60 o sẽ là hợp lý. Việc tạo mầm trên máng làm nguội xảy ra mãnh liệt khi nhiệt độ rót đủ thấp và được phản ánh ở việc tốc độ nguội đổi dấu từ âm sang dương (nhiệt độ tăng) hoặc duy trì không đổi ( 0) một khoảng thời gian dài. Điều này không quan sát thấy khi nhiệt độ rót cao, tốc độ nguội luôn có giá trị âm. 3.4.2. Tốc độ đông đặc - Tốc độ nguội của hợp kim khi chảy qua máng làm nguội là khá cao, do đó để tính tỷ phần pha rắn, fS, cần phải dùng phuơng trình Sheil (hay còn gọi là quy tắc đòn bẩy không cân bằng). - Tốc độ nguội có thể đổi dấu (nhiệt độ tăng trở lại và đạt giá trị dương) nếu quá trình tạo mầm là đủ nhanh, ẩn nhiệt kết tinh tỏa ra đủ lớn để làm tăng nhiệt độ. Điều này chỉ dạt được trong quá trình đúc bán lỏng và không quan sát thấy trong trường hợp đúc từ trạng thái lỏng. - Tốc độ đông đặc cũng có xu hướng giống tốc độ nguội: ở giai đoan đầu tốc độ đông đặc trong quá trình đúc bán lỏng lớn hơn rất nhiều so với đúc từ trạng thái lỏng (trong 10 giây đầu tốc độ đông đặc trung bình trong trường hợp rót ở 650 o C là 3,8 %.s -1 , còn khi rót ở 675 o C là 1,25 %.s -1 ). CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐÚC LƯU BIẾN LIÊN TỤC 4.1. Thiết bị nghiên cứu Thiết bị đúc lưu biến liên tục gồm các bộ phận chính sau đây: cụm đúc lưu biến, cụm ổn nhiệt, cụm đúc liên tục, băng lăn đỡ sản phẩm, tủ điều khiển. 4.2. Mô phỏng quá trình đông đặc của hợp kim A356 trong công nghệ đúc lưu biến liên tục Đã sử dụng mô hình dòng chảy và phương pháp tính toán động lực học chất lỏng. Các phần mềm mô phỏng đã sử dụng là: - Phần mềm ABAQUS - Phần mềm FLUENT - Phần mềm GAMBIT 4.2.4. Thiết lập mô hình công nghệ a. Xây dựng mô hình và chia lưới 13 - Giai đoạn đúc lưu biến (mô hình tĩnh): Là giai đoạn đầu tiên của quá trình với giả thiết kim loại được chảy từ nồi rót xuống đầy thùng chứa và tiếp xúc với con lăn làm nguội (hình 4.12b). - Giai đoạn đúc liên tục (mô hình động): Là giai đoạn đã xác định được chiều dày lớp đông đặc của kim loại sao cho con lăn bắt đầu chuyển động mà không làm sai hỏng sản phẩm đầu ra là tấm mỏng kim loại (hình 4.13).  Mô hình hình học và chia lưới trên phần mềm ABAQUS  Mô hình hình học và chia lưới trên GAMBIT Hình 4.13. Mô hình chia lưới Gambit b. Mô hình vật liệu c. Thông số công nghệ và truyền nhiệt  Giai đoạn đúc lưu biến - Nhiệt độ kim loại trong bể chứa: (nhiệt độ kim loại ở đầu vào): Tđv = 878 K (605 o C) và 903 K (630 o C) - Nhiệt độ môi trường: 303 K (30 o C) - Nhiệt độ ban đầu của con lăn làm nguội: Tcl =303 K (30 o C)  Giai đoạn đúc liên tục - Nhiệt độ con lăn làm nguội: Tcl =393 K (120 o C) - Nhiệt độ thùng graphit: 873 K (600 o C) và 753 K (480 o C) Hình 4.12b. Mô hình chia lưới Abaqus 14 4.2.5. Kết quả mô phỏng và thảo luận a. Giai đoạn đúc lưu biến (trở nhiệt lí tưởng) Khi nghiên cứu quá trình công nghệ đúc ở giai đoạn đầu, tức là chưa xét đến tốc độ của con lăn, có thể thấy quá trình kết tinh xảy ra như ở các phương pháp đúc thông thường. Khi rót kim loại vào khuôn, ban đầu kim loại chưa kết tinh, nhiệt độ bằng nhiệt độ rót, nhưng sau một thời gian nhất định, do quá trình trao đổi nhiệt, kim loại bắt đầu kết tinh từ vùng biên vào bên trong vật đúc (hình 4.14b). Hình 4.14b. Trường nhiệt độ phân bố trong khoảng (0,1 đến 3,1s), tỷ phần pha lỏng (2,9 đến 3,1 s) và đường nguội theo mặt cắt ngang trong vùng bán lỏng (tại các điểm 1,2,3,4 và 5 tính từ tâm vật đúc): Tđv = 630 o C, Tcl = 120 o C b. Giai đoạn đúc liên tục (kéo tấm)  Phân bố nhiệt độ với các tốc độ đúc khác nhau Kết quả mô phỏng cho thấy để định hình tấm nhôm tốc độ kéo là khá chậm (0,65 ÷ 1,3 m/ph), có thể do quá trình mô phỏng được thực hiện với tấm khá dầy (5 mm) và nhiệt độ bể chứa kim loại là rất cao (600 o C).  Tỷ phần pha với tốc độ đúc khác nhau Với tốc độ v = 0,65 m/ph, tức tốc độ con lăn rất nhỏ, kim loại kết tinh rất nhanh, do tỷ phần pha lỏng giảm nhiều, đặc biệt tại biên và đầu Hình 4.17. Tỉ phần pha lỏng tại các tốc độ con lăn khác nhau 15 ra vật đúc, nằm trong khoảng (0,25 ÷ 0,10) trong khi tại vị trí tâm vật đúc kim loại vẫn ở trạng thái bán lỏng. Khi tăng tốc độ lên gấp đôi v = 1,3 m/ph, trường phân bố nhiệt độ tương tự. Tuy nhiên tỷ phần pha lỏng giảm chậm hơn so với v = 0,65 m/ph. Nếu tốc độ lớn hơn nữa v = (2,6; 3,9; 6,5) m/ph thấy rằng tỷ phần pha lỏng giảm không đáng kể, sự kết tinh chỉ xảy ra chậm hơn với tốc độ nhỏ, do tỷ phần pha lỏng còn lớn (hình 4.17).  Phân bố nhiệt độ và tỷ phần pha tại các mặt cắt Quan sát các mặt cắt trên thấy rằng với tốc độ kéo rất nhỏ, v = 0,65 m/ph, thời gian kim loại tiếp xúc với con lăn lớn (khoảng 10 s), tốc độ nguội cao nên ở đầu ra nhiệt độ giảm mạnh nhất, khi đó tấm kim loại tạo ra ít dính bám, nhưng do tốc độ nguội lớn (nguội nhanh) nên dạng nhánh cây dễ hình thành và cũng dễ tạo ra thiên tích. Nếu chọn tốc độ đúc lớn (v = 6,5 m/ph) thì tốc độ nguội chậm hơn, tỷ phần pha lỏng tại đầu ra rất lớn, khi đó kim loại ra khỏi con lăn có thể còn chảy lỏng, dễ bám dính và không thể tạo hình thành dạng tấm. 4.3. Nghiên cứu thực nghiệm quá trình đông đặc của hợp kim A356 trong công nghệ đúc lưu biến liên tục 4.3.1. Quy trình nấu - đúc lưu biến liên tục 4.3.2. Khảo sát các thông số công nghệ a. Nhiệt độ bể chứa kim loại Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ hợp lý của bể kim loại lỏng nằm trong khoảng (450 ÷ 470) o C đối với tấm dày 2 mm và có thể thấp hơn (400 o C) trong trường hợp tấm dày 5 mm. b. Thời gian đông đặc ban đầu (thời gian chờ) Kết quả nghiên cứu cho thấy quãng thời gian này đối với tấm dày 5 mm không vượt quá 3 s, còn đối với tấm mỏng có thể khởi động con lăn sau 1 s. c. Nhiệt độ con lăn làm nguội Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ của con lăn làm nguội nằm trong khoảng (110 ÷ 120) o C là phù hợp. d. Tốc độ kéo Tốc độ kéo phù hợp nhất sao cho kim loại lỏng đông đặc hoàn toàn tại vị trí bắt đầu đi qua con lăn làm nguội. Tại thời điểm đó nhiệt độ của hợp kim còn khá cao và độ bền thấp, nếu chưa đông đặc hoàn toàn có thể bị đứt hoặc bị tách lớp. 16 Các thông số công nghệ cơ bản khi đúc lưu biến tạo tấm cho trong bảng 4.3. Các tấm hợp kim sau đúc có kích thước đồng đều và chất lượng bề mặt tốt (hình 4.27). Bảng 4.3. Các thông số công nghệ chính trong đúc lưu biến tạo tấm Hình 4.27. Hình ảnh tấm hợp kim A356 sau đúc lưu biến liên tục có bề mặt nhẵn Chiều dày tấm, mm Hợp kim A356 Nhiệt độ kéo, o C Nhiệt độ bể kim loại, o C Nhiệt độ con lăn, o C Tốc độ kéo, m/ph Thời gian chờ, s 2 630 - 635 470 115 19 - 20 1,5 3 625 - 630 450 110 17 - 18 2,0 4 605 - 615 430 110 16 - 17 2,5 5 590 - 600 400 100 - 110 11 - 13 3,0 17 CHƯƠNG 5. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐÚC LƯU BIẾN LIÊN TỤC ĐẾN TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH CỦA HỢP KIM A356 5.1. Tổ chức tế vi 5.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ rót (Trót = 625, 650, 675 o C, L = 300 mm, α = 45 o ) Khi nhiệt độ rót quá cao (675 o C) hoặc quá thấp (625 o C) so với nhiệt độ đường lỏng, nhận được tổ chức nhánh cây (hình 5.2 và 5.4). Còn ở nhiệt độ rót trung bình (650 o C): tổ chức hạt cầu, mịn, đồng đều ( 30- 40 m) (hình 5.3). Hình 5.2. Ảnh hiển vi điện tử quét tổ chức tế vi mẫu 675-45-300. Không phát hiện thấy các hạt cầu. Hình 5.3. Ảnh hiển vi điện tử quét tổ chức tế vi mẫu 650-45-300. Tổ chức hạt cầu, kích thước tương đối đều ( 20-30 m). Hình 5.4. Ảnh hiển vi điện tử quét tổ chức tế vi mẫu 625-45- 300. Không phát hiện thấy các hạt cầu. 5.1.2. Ảnh hưởng của thời gian kim loại “lưu trú” trên máng làm nguội a. Ảnh hưởng của chiều dài máng làm nguội  Trót = 675 o C, L = 200 và 300 mm, α = 45 o a) L = 200 mm b) L = 300 mm Hình 5.8. Ảnh tổ chức tế vi của hợp kim khi rót ở 675 o C các mẫu: a) 675-45-200, b) 675-45-300 18 Ở nhiệt độ cao (675 o C) thì tổ chức nhận được luôn là nhánh cây (hình 5.2 và 5.8). Chiều dài máng làm nguội trong khoảng khảo sát là (200 ÷ 300) mm không có ý nghĩa, vì ngay cả khi đã đi qua máng 300 mm thì nhiệt độ kim loại vẫn chưa giảm đến nhiệt độ tạo mầm. Việc tăng chiều dài máng làm nguội hơn nữa (> 300 mm) có thể dẫn tới tình trạng kim loại bị bám dính trên máng.  Trót = 650 o C, L = 200 và 300 mm, α = 45 o a) L = 200 mm b) L = 300 mm Hình 5.9. Ảnh tổ chức tế vi của hợp kim khi rót ở 650 o C các mẫu: a) 650-45-200, b) 650-45-300 Khi chiều dài làm nguội là 200 mm (hình 5.9a) hạt tuy đã có dạng phi nhánh cây nhưng hơi thô và không đều, thậm chí còn có thể sót lại nhánh cây (mũi tên). Còn với chiều dài máng là 300 mm thì tổ chức hạt trở nên nhỏ mịn và đồng đều hơn (hình 5.4 và 5.9b), chứng tỏ chiều dài máng làm nguội là phù hợp và thời gian tạo mầm dị thể là đủ để chúng hình thành và phân bố đều trong kim loại. Kích thước hạt nằm trong khoảng (20 ÷ 30) m.  T = 625 o C, L = 200 và 300 mm, α = 45 o Với nhiệt độ rót thấp hơn (625 o C) và chiều dài máng là 200 mm tổ chức dạng phi nhánh cây. Còn chiều dài máng là 300 mm thì lại quá dài khiến tổ chức mạng nhánh cây được hình thành đã trở nên khá vững chắc và tổ chức nhận được có dạng nhánh cây. Để đánh giá độ cầu hóa của hạt cần sử dụng thông số hình dạng. Các thông số hình dạng được định nghĩa là F = p 2 /(4.S), trong đó p là chu vi/đường bao và S là diện tích của hình bao. Hiệu quả cầu hóa tổ chức tốt nhất ở nhiệt độ rót 650 o C (1 < F < 1,5), sau đó là ở 625 o C (1,5 < F < 2,6) và kém hơn cả là ở 675 o C (3 < F < 3,5). Ngoài ra, máng ngắn (200 mm) cho hiệu quả cầu hóa cao hơn máng dài (300 mm) ở cả 625 và 675 o C; trong khi ở 650 o C chiều dài máng ít ảnh hưởng đến việc cầu hóa. 19 b. Ảnh hưởng của góc nghiêng máng α = 60 o α = 45 o Hình 5.13. Ảnh hiển vi điện tử quét: mẫu 650-60-300 (trái) và mẫu 650-45-300 (phải) Ở góc nghiêng 45 o thời gian tiếp xúc trực tiếp giữa kim loại lỏng và máng là đủ lâu nên tổ chức kim loại nhận được có dạng cầu khá đều với kích thước (20 ÷ 30) m. Khi góc nghiêng của máng tăng tới 60 o thì thời gian tiếp xúc của kim loại lỏng với máng không đủ để tổ chức cầu hóa hoàn toàn, mà sẽ là xen lẫn giữa hạt dạng cầu (mũi tên) và nhánh cây (hình 5.13). Trên cơ sở phân tích những nghiên cứu như trên có thể suy luận rằng góc nghiêng của máng 60 o là phù hợp để tạo một dòng chảy mạnh đủ cuốn các mầm kết tinh vào khuôn và tránh được hiện tượng bám dính kim loại trên máng. 5.1.3. Ảnh hưởng của chiều dày đông đặc (chiều dày tấm) a. Tấm dày 2 mm Với mẫu mỏng 2 mm, tốc độ nguội rất cao, tổ chức xen lẫn giữa dạng nhánh cây và dạng cầu với thông số hình dạng lớn (F  3). Rõ ràng là tốc độ nguội lớn đã tạo ra hình thái đông đặc cưỡng bức với các nhánh cây dạng cột được hình thành (hình 5.16). (a) (b) Hình 5.16. Tổ chức tế vi của tấm dày 2 mm: (a) Mẫu 119 (635-450-2-11), x200; (b) Mẫu 144 (630-450-4-16), x200 20 b. Tấm dày 3 mm (a) (b) Hình 5.18. Tổ chức tế vi của tấm dày 3 mm: Mẫu 255 (630-450-3-7,5): a) x200; b) x500 Với mẫu dày 3 mm, tốc độ nguội giảm, tổ chức có dạng cầu khá rõ (hình 5.18), hệ số hình dạng giảm xuống (F = 1 ÷ 2), kích thước hạt trong khoảng (25 ÷ 30) m. Đây chính là dạng tổ chức tế vi mong muốn. c. Tấm dầy 5 mm Có thể thấy tổ chức tế vi có dạng cầu rõ rệt, hệ số hình dạng F < 1,5; tuy nhiên hạt có thô hơn một chút ( 30 m) so với trường hợp tấm 3 mm, rõ ràng là do tấm dày hơn nên nguội chậm hơn (hình 5.19). Nhận xét chung Từ kết quả quan sát tổ chức tế vi các tấm hợp kim nêu trên thấy rằng các thông số công nghệ cơ bản có ảnh hưởng rõ rệt đến sự hình thành tổ chức kim loại là: - Nhiệt độ rót: để đạt được tỷ phần pha rắn như trên thì nhiệt độ rót phải là 650 o C đối với hợp kim A356. Tuy nhiên, trong công nghệ đúc lưu biến liên tục nhiệt độ rót cần thấp hơn để đảm bảo độ bền của tấm (không bị đứt khi kéo). - Chiều dài máng làm nguội: có thể thay đổi trong khoảng (200 ÷ 300) mm tùy thuộc hợp kim, chiều dày tấm và tốc độ kéo. Chiều dày tấm càng nhỏ, tốc độ kéo càng cao thì có thể tăng chiều dài máng làm nguội. (a) (b) Hình 5.19. Tổ chức tế vi của tấm dày 5 mm: Mẫu 162 (620-400-4-7): a) x200, b) x500 21 - Góc nghiêng của máng làm nguội: máng nghiêng 60 o để kim loại xối mạnh cuốn theo mầm vào khuôn và tránh hiện tượng bám dính kim loại trên máng. 5.2. Cơ tính 5.2.1. Độ bền kéo của mẫu Giới hạn bền kéo đạt được cao nhất là 232 MPa (ở trạng thái đúc), tương đương với mẫu đã nhiệt luyện ở chế độ T6 theo tiêu chuẩn của ASM (hình 5.22). Hình 5.22. Đồ thị so sánh giới hạn bền kéo của các mẫu hợp kim A356. Các con số ở hàng trên là nhiệt độ rót, ở hàng dưới là góc nghiêng và chiều dài của máng nghiêng tương ứng. 5.2.2. Độ bền kéo của tấm Kết quả đo giới hạn bền kéo RM của các tấm hợp kim chế tạo có và không có máng nghiêng xem trong bảng 5.3. Các tấm hợp kim đúc không máng trượt có giới hạn bền kéo trung bình là 169 MPa, giá trị cao nhất là 200 MPa; trong khi các giá trị tương ứng của tấm đúc có máng nghiêng đạt tới 259 và 289 MPa; tức đều cao hơn rõ rệt so với trường hợp chưa lắp máng nghiêng (giá trị trung bình vượt 53 %, còn giá trị cao nhất vượt 44 %). Điều đó chứng tỏ tổ chức của hợp kim đã được cải thiện rõ rệt và một lần nữa cho thấy việc cải thiện tổ chức đối với hợp kim đúc (có hàm lượng nguyên tố hợp kim cao) là hết sức quan trọng. Bảng 5.3 cũng cho thấy sự khác biệt không đáng kể về độ bền giữa các mẫu được cắt ngang và mẫu cắt dọc tấm hợp kim (hình 5.28). Mẫu cắt ngang có giới hạn bền cao hơn khoảng 12 % so với mẫu cắt dọc tấm. Sự sai khác về độ bền của các mẫu ở hai vị trí khác nhau của tấm có lẽ liên quan nhiều đến tính không đẳng hướng về tổ chức hạt của tấm. Thực vậy, trong công nghệ đúc lưu biến liên tục tạo tấm hợp kim thì ngoài hướng truyền nhiệt chính về phía con lăn (vuông góc với chiều chuyển động của tấm, hình 5.28-trái), nhiệt còn có thể được truyền theo những hướng phụ (dọc theo tấm và từ hai mép của tấm - mũi tên hình 5.28-phải). Kết quả là pha rắn tinh thể có thể phát triển nhanh hơn một chút theo chiều ngang từ mép tấm so với chiều dọc tấm, dẫn đến sự không đẳng hướng của tổ chức tế vi (hạt cầu bị kéo dài về phía mép tấm), tạo ra sự khác biệt nhỏ về độ bền kéo. 22 Bảng 5.3. Giới hạn bền kéo của mẫu tấm hợp kim A356 Các tấm hợp kim A356 đúc lưu biến liên tục Có máng nghiêng Ký hiệu mẫu Dọc tấm Ngang tấm 472 (1) 237 256 472 (2) 181 224 477 (1) - 289 477 (2) 262 268 Trung bình 227 259 Không có máng nghiêng 91 x 200 119 x 158 203 x 153 106 x 167 Trung bình 169 Hình 5.28. Sơ đồ mô tả hướng truyền nhiệt và tính không đẳng hướng của tổ chức tế vi 23 KẾT LUẬN Công nghệ rót qua máng nghiêng là phương pháp đúc lưu biến duy nhất đáp ứng được hai yêu cầu của quá trình đúc lưu biến liên tục là tạo mầm dị thể và tạo một dòng chảy liên tục, lần đầu tiên ở Việt Nam đã được thực hiện thành công trên một thiết bị thí nghiệm tự chế tạo. Trên cơ sở đó đã đưa ra các kết luận sau: 1. Đã xác định các thông số cơ bản của quá trình đông đặc hợp kim A356 - Nhiệt độ đường rắn TS (thực tế) = 545 o C < TS (cân bằng), giảm khi tăng Vng,. Nhiệt độ đường lỏng TL (thực tế) = 616 o C, ít / không phụ thuộc Vng,. Khoảng nhiệt độ kết tinh Tn (thực tế) = 71 o C, tăng khi tăng Vng,. - Tỷ phần pha rắn fS phụ thuộc nhiệt độ rót và trạng thái, ở cùng nhiệt độ, fS (không cân bằng) tính theo Sheil và luôn nhỏ hơn fS (cân bằng). - Tốc độ nguội khá cao khi đúc bán lỏng qua máng, đổi dấu (âm sang dương), do tạo nhiều mầm, ẩn nhiệt kết tinh lớn làm nhiệt độ tăng. - Tốc độ đông đặc khi đúc bán lỏng (650 o C; 3,8 %/s) lớn hơn nhiều so với đúc từ trạng thái lỏng (675 o C; 1,25 %/s). 2. Thực hiện mô hình hóa và mô phỏng số quá trình đông đặc của hợp kim nhôm A356 Trong công nghệ đúc lưu biến liên tục, mô hình tính đến quá trình trao đổi nhiệt, chuyển chất và chuyển pha rắn-lỏng. Kết quả nhận được là phân bố trường nhiệt độ, vùng kết tinh, đường nguội, tỷ phần pha theo mặt cắt dọc qua tâm ở tốc độ đúc khác nhau và mật độ vật đúc theo mặt cắt ngang tấm.  Giai đoạn đúc lưu biến (xét trở nhiệt giữa tấm và con lăn làm nguội): - Phân bố nhiệt độ và tốc độ nguội: nhiệt độ giảm từ tâm vật đúc tới vùng biên, tốc độ nguội khoảng (0,5÷1,5).10 3 độ/s (đầu vào) và (2÷4).10 3 độ/s (đầu ra vật đúc). - Mật độ vật đúc tăng từ tâm tới vùng biên mặt cắt ngang, phù hợp với phân bố tốc độ nguội/tỷ phần pha lỏng và sự thay đổi độ cứng HV. - Các kết quả trên cho phép xác định thời gian “trễ” làm cơ sở cho thực nghiệm là (1÷3 s).  Giai đoạn đúc liên tục: - Tốc độ đúc/kéo tấm ảnh hưởng đến phân bố nhiệt độ: trong vùng tốc độ khảo sát, nhiệt độ của tấm là (547÷605 o C), tương ứng với trạng thái bán lỏng. 24 - Tốc độ đúc/kéo tấm ảnh hưởng đến tỉ phần pha. Tốc độ đúc thấp thì tốc độ nguội cao và tỉ phần pha rắn tăng, tấm kim loại đúc được liên tục (không đứt/dính bám), song có thể hình thành tổ chức nhánh cây. - Cần lựa chọn tốc độ đúc sao cho điều khiển được việc tạo hình (tấm) kết hợp với tổ chức tế vi mong muốn. 3. Khẳng định ảnh hưởng của các thông số công nghệ Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu cơ bản hợp kim A356 và quan sát một cách hệ thống tổ chức tế vi của hợp kim, đã khẳng định kết quả mô phỏng về ảnh hưởng rõ rệt của các thông số công nghệ đúc lưu biến liên tục đến sự hình thành tổ chức kim loại là nhiệt độ rót, chiều dài máng làm nguội, tốc độ kéo tấm và góc nghiêng của máng làm nguội. - Nhiệt độ rót cao (675 o C) và thấp (625 o C) so với TL: tổ chức là nhánh cây hoặc hỗn hợp. Nhiệt độ trung bình (650 o C): tổ chức hạt cầu, đồng đều ( 30-40 m). - Chiều dài máng: Ở nhiệt độ rót cao ít ảnh hưởng đến dạng nhánh cây. Ở nhiệt độ rót thấp máng ngắn (200 mm) có thể tạo hạt phi nhánh cây. Ở nhiệt độ rót trung bình máng ngắn (200 mm) cho hạt cầu thô, không đều, ít nhánh cây, còn máng dài (300 mm) cho hạt cầu đồng đều, mịn (20÷30) m. - Góc nghiêng máng: Góc nhỏ (45 o ) thời gian chảy dài, cho hạt cầu đều (20÷30) m. Góc lớn (60 o ) thời gian chảy ngắn, cầu hóa chưa hoàn toàn, cho hỗn hợp hạt cầu và nhánh cây. - Tốc độ đúc/kéo tấm tăng làm nhiệt độ giảm chậm. Để định hình tấm (chống đứt và kẹt đầu ra) chọn vkéo lớn khi tấm mỏng và nhỏ hơn khi tấm dầy. - Chiều dày đông đặc: Tấm 2 mm có tốc độ nguội cao, hỗn hợp hạt cầu và nhánh cây (F  3). Tấm 3 mm - tốc độ nguội vừa đủ, hạt cầu (1 < F < 2), mịn (25÷30) m. Tấm 5 mm - tốc độ nguội thấp, hạt cầu (F < 1,5), thô hơn (≥ 30 m). 4. Thiết lập được các thông số kỹ thuật phù hợp cho công nghệ đúc lưu biến liên tục - Nhiệt độ rót được xác định khoảng Trót ≤ 650 o C đối với hợp kim A356. Tuy nhiên trong công nghệ đúc lưu biến liên tục nhiệt độ rót cần thấp hơn để đảm bảo độ bền của tấm (không bị đứt khi kéo). - Chiều dài máng làm nguội là L = (200÷300) mm. - Góc nghiêng của máng làm nguội có thể thay đổi trong khoảng  = (45÷60) độ. 25 - Các thông số công nghệ đúc tấm dày (2÷5) mm là: Tkéo = 600÷635 o C, Tbể = 400÷470 o C, Tconlăn = 110÷115 o C, Vkéo = 13÷20 m/ph, tchờ = 3÷1,5 s. 5. Xác định đặc điểm hình thành tổ chức tế vi, cơ tính của hợp kim A356 và sản phẩm tấm đúc - Đã kết hợp phương pháp đúc lưu biến và phương pháp đúc liên tục để đúc các tấm mỏng từ hợp kim nhôm A356 có chiều dày (2÷5) mm. Tấm có chiều dày tương đối đồng đều (độ chênh về chiều dày 0,2 mm); dài từ 1 đến 2,5 m. - Kích thước hạt của tổ chức tế vi dạng cầu hóa nằm trong khoảng (25÷30) m đối với tấm dày 3 mm. - Giới hạn bền kéo đạt được cao nhất là RM = 232 MPa (ở trạng thái chưa nhiệt luyện) tương đương với hợp kim đã nhiệt luyện ở chế độ T6 theo tiêu chuẩn của ASM (American Society of Metals). - Giới hạn bền kéo của tấm cao nhất là RM = 289 MPa trong trường hợp đã lắp máng nghiêng.