Tối ưu hóa quá trình nung cảm ứng trong kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng hệ hợp kim nhôm (luận án tử tiến sĩ kĩ thuật (theses))

TỐ
TRONG

ẢM ỨNG
HỢP KIM NHÔM

LUẬN ÁN TIẾ SĨ

Ậ


TỐ

ẢM ỨNG
HỢP KIM NHƠM

Chun ngành:

Cơng nghệ tạo hình vật liệu

Mã số

: 62520405

PGS.TS. NGUYỄ
S. À

P S. S. À

Ă

M

P S. S.

S.

P

2.

S. S

.

Ơ

Ũ

M
Ễ

GỪNG
Ă

P S. S. Ặ

1.

ẮC TRUNG

Ế

ẾN
N


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất
kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Nguyễn Vinh Dự

i


TÓM TẮT LUẬN ÁN
Vào những năm 1970, một kỹ thuật tạo hình vật liệu tạo hình mới đã được Giáo sư
C.Flemings và nghiên cứu sinh của ông là David Spencer ở học viện MIT (Hoa Kỳ)
phát hiện ra và phát triển cho đến ngày nay – kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng,
kỹ thuật này đã được ứng dụng và thương mại hóa trong các ngành sản xuất công
nghiệp, đặc biệt là sản xuất các chi tiết cho ngành cơ khí.
Phương pháp tạo hình ở trạng thái bán lỏng chia làm hai loại: tạo hình lưu biến
(Rheoforming) và tạo hình xúc biến (Thixoforming). Và một trong những vấn đề đặt
ra trong q trình gia nhiệt phơi của phương pháp tạo hình xúc biến (Thixoforming) đó
là độ chênh nhiệt độ trên tồn bộ thể tích của phơi do hiện tượng hiệu ứng bề mặt. Để
giải quyết vấn đề này thì Luận án đã sử dụng thuật tốn phương pháp độ dốc liên hợp
Conjugate Gradient Method (CGM) - là 1 thuật tốn lặp, về phương chiều thì nó liên

quan đến hàm hội tụ E và giải quyết bằng cách giải bài tốn tiệm cận, cịn việc tối ưu
hóa kích thước của bước xác định được bằng cách giải bài toán độ nhạy để giải quyết
vấn đề tối ưu hóa quá trình nung phơi trong kỹ thuật tạo hình vật liệu bán lỏng theo
phương pháp tạo hình xúc biến (Thixoforming), đồng thời kết hợp với phương pháp
sai phân hữu hạn ứng với điều kiện biên, điều kiện ban đầu vừa gia nhiệt, vừa làm
nguội bề mặt phôi nung, trên cơ sở những thuật toán đã đưa ra, Luận án đã xây dựng
chương trình mơ phỏng tối ưu q trình nung phơi bằng phần mềm Comsol, đồng thời
thực nghiệm trên mơ hình thực tế phơi hợp kim nhơm A356 để qua đó đánh giá độ
đồng đều về nhiệt độ và làm cơ sở so sánh đánh giá tính chính xác, tính khoa học của
phương pháp số, thuật toán phương pháp độ dốc liên hợp CGM, phương pháp mơ
phỏng đã giải bài tốn tối ưu.
Mục tiêu của Luận án này là giải quyết đưa ra các phương án, chế độ liên quan đến
quá trình gia nhiệt bằng cảm ứng, các kết quả thực nghiệm và phương pháp số ứng với
các điều kiện biên 2D của bài toán ban đầu đã được giải quyết một cách tối ưu và được
kiểm nghiệm khả năng tạo hình dưới các vận tốc ép khác nhau. Và kết quả nhận thấy
rằng chất lượng mẫu sau quá trình gia nhiệt cảm ứng đạt yêu cầu và các kết quả cũng
cho thấy vận tốc ép v = 8 mm/s mang lại kết quả tốt nhất.
ii


ABSTRACT
Since the 1970's, a new casting technique called semi-solid metal (SSM) forming has
become important in the formation of metal alloys. It was originally developed by
Professor Merton C. Flemings at the Massachusetts Institute of Technology in the
1970s and has since been commercialized and employed in the industry. There are two
technical directions of SSM forming: rheoforming and thixoforming. The
thixoforming technique requires heating the feedstock to a semi-solid state with a
uniform temperature distribution, a uniform globular microstructure and an optimum
liquid fraction. The skin effect of induction heating results in an exponential heat
source profile within the semi-solid material. In this study, the conjugate gradient

method in conjunction with the adjoint method is used to find a heating process to
reach a uniform temperature distribution along the radius of a cylinder in a relatively
short time. It is found that a modified Conjugate Gradient Method may provide a
satisfactory heating strategy. The physical and mathematical models take into account
the temperature-dependent thermo-physical properties. Radiative and convective heat
losses and different heating frequencies are also considered.
Our objectives are to deal with the more general induction heating issues in the semisolid metal formation by taking into account the conditions of radiation and convection
during the heating combined with cooling process at the surface of samples (billets),
hence the spatial-temporal variation of temperature on the whole sample volume. The
billets after that will be re- heated by induction system for obtaining a fine uniform
globular microstructure and will be pressed under different pressing speeds.
Lab experiments and numerical approaches for the alloys heated with the conditions of
convection and radiation as well as re-heated and pressed under various pressing
speeds for the relationship between the punch speed, pressing force, flow stress and
temperature distribution are carried on. We also observed that the quality of our
samples after the induction heating process was very good and the ‘foot elephant’
pattern did not occur. The results also showed that a punch speed of v = 8 mm/s could
bring the in the “best stress” and “best microstructure” for the samples.
iii


LỜI CẢM ƠN
Nhìn lại quãng thời gian hơn 6 năm, chứng kiến bao thăng trầm của ngành Khoa học
và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh, bao thay đổi tại Trung tâm Ứng dụng tiến bộ
khoa học và công nghệ, cuối cùng tơi cũng đã vượt qua chính mình, để hoàn tất Luận
án này. Thật sự, ngoài những nỗ lực vươn lên của bản thân, nếu khơng có sự giúp đỡ
động viên của các Đồng chí lãnh đạo, sự hỗ trợ nhiệt tình của gia đình, quý đồng
nghiệp, bạn bè xa gần, có lẽ tơi khó có thể đi trọn vẹn con đường nghiên cứu khoa học,
tưởng chừng như vô tận này.
NGÀN LỜI TRI ÂN CỦA TÔI, XIN PHÉP GỬI ĐẾN:

Các đồng chí lãnh đạo của Ban Tổ chức Thành ủy, Ban điều hành Chương trình
500ThS, TS.
TS Lưu Phương Minh – Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh, GS.TSKH Nguyễn Thế
Hưng – Đại học Bách khoa Montreal, Canada, các Thầy đã dẫn dắt tôi trong những
ngày đầu chập chững bước vào con đường khoa học bao la.
PGS.TS Phan Minh Tân, nguyên Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM,
người đã khuyến khích, hỗ trợ tơi rất nhiều trong con đường nghiên cứu khoa học.
PGS.TS Lê Hoài Quốc, Trưởng Ban Quản lý Khu Công nghệ cao, người đã tạo điều
kiện tơi có cơ hội vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn cơng việc.
GS.TS Ngũn Quang Trí – Đại học Dalhouse, Canada - bậc đàn anh đã cho tôi những
lời khuyên quý báu để vượt qua thử thách, đồng thời anh là người tiếp sức cho tôi để
đến buổi ngày hơm nay.
Ngồi ra, cịn có các Thầy, Cô trong Bộ môn Công nghệ và Thiết bị vật liệu Cơ khí,
Bộ mơn Cơng nghệ Kim loại ln dõi theo bước chân để động viên, cho những lời
khuyên để tơi có những điều chỉnh kịp thời trên con đường Nghiên cứu Khoa học.
Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn các anh, chị Phòng Quy hoạch và Đào tạo-Ban tổ
chức Thành ủy TP. Hồ Chí Minh. Khối 244 nói chung, bộ phận Tổ chức Cán bộ thuộc

iv


Văn phịng Sở Khoa học và Cơng nghệ Tp. Hồ Chí Minh đã ln đồng hành giúp đỡ
tơi trong suốt q trình tơi tham gia chương trình đào tạo ThS, TS.
Quý đồng nghiệp trong các Phòng ban của Trung tâm, đặc biệt ThS Đặng Hữu Thọ,
KS Phan Quang An, KS Trần Trung Trực, KS Trang Hồng Thái, KS Ngũn Cơng
Bảo - các anh đã thắp sáng và nuôi dưỡng ngọn lửa nhiệt thành trong tơi, giúp tơi giữ
vững lịng nhiệt huyết trên con đường khoa học mà mình đã chọn.
Lịng biết ơn vô bờ đến các đồng nghiệp của tôi, các nhân viên Phịng Cơ khí và Tự
động hóa, Phịng Hành chính – Tổ chức đã gánh vác cơng việc thay tơi trong lúc tơi
vắng mặt, em Đặng Hồng Yến, các chị Nguyễn Thị Mai Ly, chị Nguyễn Thị Ngọc

Châu, chị Đổng Điền Xuân Hiền và nhiều người nữa mà tôi không thể kể ra hết, rất
mong nhận được sự đồng thuận của các bạn trong tương lai sắp tới.
Và những gì sau cùng cũng là những khởi đầu trân trọng nhất, xin gửi những tình cảm
chân thành nhất của tôi đến những bạn bè xa gần: PGS.TS. Phạm Sơn Minh, bạn
Hồng Quốc Dũng,…những người ln sát cánh cùng tơi những phút giây cần thiết.
Và cuối cùng, không thể không kể đến những gương mặt đáng yêu tại Đại học Bách
khoa Montreal, nơi tôi vừa làm quen trong giai đoạn thực tập sinh tại đất Canada, các
anh chị Hiu Jiang, Amin,…Các bạn đã khắc ghi trong ký ức của tôi những kỷ niệm
khó phai trong những tháng ngày thử thách nhất của cuộc đời.
Tri ân cho 2 người phụ nữ quan trọng nhất của đời tôi:
Mẹ tôi, Nguyễn Thị Ngát
Và vợ tôi, Phạm Ngọc Thùy Dương
Ngàn lần cảm ơn
Gửi đến bố tơi, Ngũn Thành Cơng, các chú, bác, cậu, dì trong gia đình tơi
Một kỷ niệm đáng nhớ dành riêng cho 2 con trai yêu dấu của tôi:
Con Hiếu Khang
Con Khang Đức
v


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ............................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................xii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... xiii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NUNG CẢM ỨNG TRONG KỸ
THUẬT TẠO HÌNH Ở TRẠNG THÁI BÁN LỎNG HỆ HỢP KIM NHƠM ............... 5
1.1
Tổng quan các phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng ................. 5
1.1.1 Các kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng ................................................7
1.1.2 Ưu, nhược điểm của phương pháp tạo hình ở trạng thái bán lỏng ............12

1.2
Phạm vi ứng dụng: ........................................................................................... 13
1.3
Tổng quan các phương pháp nung ................................................................... 13
1.4
Tổng quan các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nước ................................. 16
1.4.1 Giải quyết bài tốn đồng đều về nhiệt độ theo hướng thực nghiệm .........18
1.4.2 Giải quyết bài toán đồng đều về nhiệt độ theo hướng phương pháp số ....33
1.5
Kết luận: ........................................................................................................... 36
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH NUNG CẢM ỨNG TRONG
QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH VẬT LIỆU Ở TRẠNG THÁI BÁN LỎNG ....................... 37
2.1
Cơ sở vật lý của quá trình nung cảm ứng ........................................................ 37
2.1.1 Các tính chất điện từ trong quá trình nung cảm ứng .................................38
2.1.2 Hiện tượng hiệu ứng đầu mút và độ giảm nhiệt độ từ đầu đến đuôi .........42
2.2
Cơ sở quá trình truyền nhiệt trong nung cảm ứng ........................................... 44
2.2.1 Khái niệm về dẫn nhiệt và phương trình vi phân truyền nhiệt của vật rắn ...
...................................................................................................................44
2.2.2 Phương trình truyền nhiệt .........................................................................47
2.3
Kết luận ............................................................................................................ 50
CHƯƠNG 3 TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH NUNG CẢM ỨNG TRONG KỸ
THUẬT TẠO HÌNH VẬT LIỆU Ở TRẠNG THÁI BÁN LỎNG ............................... 52
3.1
Các phương pháp tìm nghiệm hệ phương trình vi phân trao đổi nhiệt ............ 52
3.1.1 Nguyên lý ..................................................................................................52
3.1.2 Cơ sở phương pháp số để giải bài toán dẫn nhiệt .....................................54
3.2

Tối ưu hoá quá trình nung cảm ứng bằng phương pháp độ dốc liên hợp
Conjugate Gradient Method (CGM) ............................................................................. 56
3.2.1 Mơ hình vật lý ...........................................................................................56
3.2.2 Mơ hình tốn học ......................................................................................56
3.3
Các bước của phương pháp lặp CGM: ............................................................ 59
3.4
Sử dụng phần mềm Matlab để tối ưu hóa q trình nung cảm ứng trong cơng
nghệ tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng .................................................................. 61
3.5
Mơ phỏng quá trình nung cảm ứng bằng phần mềm Comsol .......................... 66
3.5.1 Giới thiệu phần mềm Comsol ...................................................................66
vi


3.5.2 Các bước thực hiện trên phần mềm Comsol .............................................67
3.5.3 Một số kết quả tính tốn bằng phần mềm Comsol ....................................69
3.6
So sánh giữa kết quả tính tốn bằng phần mềm Comsol và phương pháp số . 72
3.7
Kết luận ............................................................................................................ 75
CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM TỐI ƯU QUÁ TRÌNH NUNG CẢM ỨNG
TRONG KỸ THUẬT TẠO HÌNH Ở TRẠNG THÁI BÁN LỎNG ............................. 77
4.1
Thực nghiệm .................................................................................................... 77
4.1.1 Thiết bị thực nghiệm .................................................................................77
4.1.2 Phôi thực nghiệm ......................................................................................81
4.1.3 Kết quả và nhận xét ...................................................................................83
4.2
Biện luận .......................................................................................................... 94

4.3
So sánh với các nghiên cứu trước đây ............................................................. 95
4.4
Kết luận .......................................................................................................... 100
CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU KIẾM CHỨNG KHẢ NĂNG TẠO HÌNH CHI TIẾT
CƠ KHÍ BẰNG CƠNG NGHỆ TẠO HÌNH Ở TRẠNG THÁI BÁN LỎNG ........... 102
5.1
Giới thiệu về phần mềm Deform ................................................................... 102
5.2
Mơ phỏng q trình ép chảy nhôm A356 ở trạng thái bán lỏng .................... 104
5.2.1 Thiết lập dữ liệu cho q trình mơ phỏng ...............................................104
5.2.2 Nhập dữ liệu vào Deform ........................................................................108
5.3
Kiểm chứng khả năng tạo hình chi tiết từ vật liệu hợp kim nhôm A356 bằng
công nghệ tạo hình ở trạng thái bán lỏng. ................................................................... 113
5.4
Thử nghiệm cơ tính: ....................................................................................... 122
5.5
Kết luận .......................................................................................................... 125
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 126
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ .......................................................... 128
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 129
PHỤ LỤC 1 .......................................................................................................... 135
PHỤ LỤC 2 .......................................................................................................... 149
PHỤ LỤC 3 .......................................................................................................... 158
PHỤ LỤC 4 .......................................................................................................... 159
PHỤ LỤC 5 .......................................................................................................... 160
PHỤ LỤC 6 .......................................................................................................... 179
PHỤ LỤC 7 .......................................................................................................... 180

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng [41]. ............................. 6
Hình 1.2 Thành phần rắn lỏng trong kim loại ở trạng thái mushy/semi-solid [41]......... 6
Hình 1.3 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa phần trăm pha lỏng và nhiệt độ của Hợp
kim A357 [15] ................................................................................................................. 7
Hình 1.4 Sơ đồ quy trình tạo hình bằng phương pháp lưu biến (Reohcasting) [26]. ...... 8
Hình 1.5 Nguyên lý phá vỡ thiên tích nhánh cây ............................................................ 9
Hình 1.6 Q trình tạo hình của phương pháp xúc biến (Thixocasting) [26] ................. 9
Hình 1.7 Kỹ thuật gây khuấy trộn bằng từ trường và khuấy trộn bằng cơ [26] ............ 10
Hình 1.8 Sơ đồ sản xuất phơi [26] ................................................................................. 10
Hình 1.9 Ngun lý tạo hạt có dạng hình cầu [26]........................................................ 11
Hình 1.10 Mơ hình tạo hình xúc biến (Thixoforming) [26] .......................................... 11
Hình 1.11 Một số sản phẩm của tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng [26] ............... 13
Hình 1.12 Nguyên lý cơ bản của nung cảm ứng [52] ................................................... 14
Hình 1.13 Hình ảnh nghiên cứu của A. Kazemi và cộng sự [10].................................. 17
Hình 1.14 Vị trí đặt các thiết bị đo nhiệt [54] ............................................................... 19
Hình 1.15. Sơ đồ quy trình nung theo nghiên cứu [54] ................................................. 19
Hình 1.16 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tỉ lệ pha rắn của Hợp kim Nhôm A356 [28] 21
Hình 1.17 Phân bố nhiệt độ trong quá trình nung “1 bước” [28] .................................. 22
Hình 1.18 Sơ đồ thiết kế cuộn dây bằng phương pháp số [19] ..................................... 23
Hình 1.19 Các phương án nung và giữ nhiệt [39] ......................................................... 24
Hình 1.20 Đường biểu diễn nhiệt độ tại các vị trí đặt cảm biến [35] ............................ 26
Hình 1.21 Vị trí đặt cảm biến [35] ................................................................................ 27
Hình 1.22 Sơ đồ công suất nung 2 bước ứng với thời điểm 140 giây, với nhiệt độ tại
cạnh phôi, nhiệt độ tại tâm [13] ..................................................................................... 28
Hình 1.23 Hiện tượng “chân voi” sau khi nung “2 bước” theo sơ đồ Hình 1.22 [13] .. 29
Hình 1.24 Sơ đồ cơng suất nung 2 bước ứng với thời điểm 205 giây, với nhiệt độ tại

cạnh phôi, nhiệt độ tại tâm ............................................................................................ 29
Hình 1.25 Hiện tượng “chân voi” sau khi nung “2 bước” theo sơ đồ Hình 1.24 [13] .. 30
Hình 1.26 Phân bố nhiệt độ và tỷ lệ pha rắn khi điểm A đạt fs = 0,7 sau 350 giây....... 30
Hình 1.27 Sơ đồ nung trong nghiên cứu [25] ................................................................ 31
Hình 1.28 Mơ hình vật lý của nghiên cứu cho bài tốn 3D [22]. .................................. 32
Hình 1.29 Mơ hình vật lý của nghiên cứu cho bài tốn có biên dạng phức tạp [20]. ... 32
Hình 1.30 Mơ hình vật lý của nghiên cứu cho bài tốn có biên dạng phức tạp 6 mặt
[23]................................................................................................................................. 33
Hình 1.31 Mơ hình vật lý của nghiên cứu cho bài tốn 3 chiều với 1 bề mặt phức tạp
[24]................................................................................................................................. 34
Hình 1.32 Điều kiện biên của bài toán [21]................................................................... 34

viii


Hình 2.1 Mơ hình cảm ứng điển hình bao gồm một phơi có dạng hình trụ được bao
quanh bởi một cuộn dây [52] ......................................................................................... 36
Hình 2.2 Điện trở suất của các kim loại là một hàm theo nhiệt độ [52] ....................... 38
Hình 2.3 Sự phân phối dịng điện trong hệ thống cảm ứng “cuộn dây nung - phơi” [52]
....................................................................................................................................... 40
Hình 2.4 Hiệu ứng dịch chuyển điện từ theo biên trong dây dẫn hình trụ [52] ............ 41
Hình 2.5 Cuộn dây nung cảm ứng ................................................................................. 43
Hình 2.6 Bố trí phơi, đế phơi và cuộn nung .................................................................. 43
Hình 2.7 Tổng hợp các yếu tố nhiệt, điện từ xảy ra trong lò nung cảm ứng [30] ......... 49
Hình 3. 1 Mơ hình vật lý bài tốn dẫn nhiệt khơng ổn định 2 chiều .............................56
Hình 3. 2 Hình sơ đồ thuật tốn giải bài tốn nung cảm ứng theo phương pháp số
CGM ..............................................................................................................................60
Hình 3. 3 Tần số f = 21KHz. .........................................................................................61
Hình 3. 4 Tần số f = 22KHz. .........................................................................................61
Hình 3. 5 Phân bố nhiệt độ của phôi tại các thời điểm khác trong quá trình nung cảm

ứng bằng phương pháp số..............................................................................................62
Hình 3. 6 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm, với f = 21kHz và 23kHz....63
Hình 3. 7 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm, với f = 21kHz và 22kHz ....64
Hình 3. 8 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm và z = 30mm với f = 21kHz
.......................................................................................................................................65
Hình 3. 9 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm và z = 30mm với f = 22kHz
.......................................................................................................................................65
Hình 3. 10 Các chức năng chính của phần mềm Comsol ..............................................66
Hình 3. 11 Quy trình mơ phỏng gia nhiệt bằng từ trường trong phần mềm Comsol ....67
Hình 3. 12 Phân bố phần tử miền, phần tử biên và phần tử cạnh cho phôi nung khi mô
phỏng với Comsol .........................................................................................................68
Hình 3. 13 Phân bổ nhiệt độ tối đa và tối thiểu bằng mơ phỏng Comsol......................69
Hình 3. 14 Phân bố nhiệt độ của phôi tại các thời điểm khác nhau trong q trình nung
bằng phương pháp mơ phỏng Comsol ...........................................................................70
Hình 3. 15 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm, với f = 21kHz và 23kHz ..71
Hình 3. 16 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm, với f = 21kHz và 22kHz ..71
Hình 3. 17 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm và z = 30mm với f = 21kHz
.......................................................................................................................................72
Hình 3. 18 Phân bố nhiệt độ theo bán kính r tại z = 10mm và z = 30mm với f = 22kHz
.......................................................................................................................................72
Hình 3. 19 Nhiệt độ tối đa thể hiện bằng phương pháp số và phương pháp Comsol ...73
Hình 3. 20 Nhiệt độ tối thiểu thể hiện bằng phương pháp số và Comsol .....................74
Hình 3. 21 Chênh lệch nhiệt độ tối đa giữa phương pháp số và Comsol ......................75
Hình 3. 22 Chênh lệch nhiệt độ tối thiểu giữa phương pháp số và Comsol .................. 75
Hình 4. 1 Sơ đồ thiết bị nung cảm ứng .......................................................................... 76
Hình 4. 2 Sơ đồ thiết bị tiến hành thí nghiệm ............................................................... 77
Hình 4. 3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị ................................................................................. 77
Hình 4. 4 Thiết bị điều khiển cơng suất......................................................................... 78
Hình 4. 5 Cảm biến nhiệt loại K .................................................................................... 80
ix

Hình 4. 6 Vị trí điểm A và B để đo thực nghiệm .......................................................... 81
Hình 4. 7 Độ chênh nhiệt độ tại điểm A ở tần số f = 21kHz ứng với ba phương pháp
mô phỏng số, phương pháp Comsol, phương pháp thực nghiệm .................................. 82
Hình 4. 8 Độ chênh nhiệt độ tại điểm A ở tần số f = 21kHz ứng với ba phương pháp
mô phỏng Số, phương pháp Comsol, phương pháp thực nghiệm ................................. 82
Hình 4. 9 Chênh lệch nhiệt độ tại điểm A với f = 21kHz.............................................. 84
Hình 4. 10 Chênh lệch nhiệt độ tại điểm B với f = 21kHz ............................................ 84
Hình 4. 11 Sai số nhiệt độ tại hai điểm A và B giữa phương pháp số và phương pháp
thực nghiệm với f = 21kHz............................................................................................ 84
Hình 4. 12 Phân bố nhiệt độ tại hai điểm A ở tần số f = 22kHz ứng với 3 phương pháp:
Mơ phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm ........................................................................ 86
Hình 4. 13 Phân bố nhiệt độ tại hai điểm B ở tần số f = 22kHz ứng với 3 phương pháp:
Mơ phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm ....................................................................... 87
Hình 4. 14 Phân bố nhiệt độ tại hai điểm A ở tần số f = 23kHz ứng với 3 phương pháp:
Mô phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm ....................................................................... 88
Hình 4. 15 Phân bố nhiệt độ tại hai điểm B ở tần số f = 23kHz ứng với 3 phương pháp:
Mô phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm ........................................................................ 89
Hình 4. 16 Phân bố nhiệt độ tại hai điểm A ở tần số f = 24kHz ứng với 3 phương pháp:
Mô phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm ....................................................................... 90
Hình 4. 17 Phân bố nhiệt độ tại hai điểm B ở tần số f = 24kHz ứng với 3 phương pháp:
Mô phỏng Số, Comsol và Thực nghiệm ....................................................................... 91
Hình 4. 18 Nhiệt độ tại hai điểm A và B ....................................................................... 92
Hình 4. 19 Phương án nung và vị trí đặt cảm biến của nghiên cứu C.G.Kang [18] ..... 94
Hình 4. 20 Phương án nung của nghiên cứu Jae Chan Choi [39] ................................. 95
Hình 4. 21 Chế độ gia nhiệt được sử dụng trong Luận án ............................................ 96
Hình 4. 22 Chế độ làm mát được sử dụng trong Luận án ............................................. 97
Hình 4. 23 Mối quan hệ giữa: Thời gian nung [giây] – Nhiệt độ nung [oC] ................. 97
Hình 4. 24 Mối quan hệ giữa: Thời gian nung [giây] – Công suất nung [kW] ............. 98

Hình 5. 1 Mơ phỏng các q trình với phần mềm Deform. ........................................ 101
Hình 5. 2 Độ dẫn nhiệt của nhôm A356 bán lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ [47]. ........ 103
Hình 5. 3 Nhiệt dung riêng của Nhơm A356 bán lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ [47]. . 103
Hình 5. 4 Độ dẫn nhiệt của thép H13 phụ thuộc theo nhiệt độ [47]. .......................... 104
Hình 5. 5 Nhiệt dung riêng của thép H13 phụ thuộc vào nhiệt độ [47]. ..................... 105
Hình 5. 6 Định nghĩa phơi, chày và khn trong phần mềm. ..................................... 106
Hình 5. 7 Lựa chọn vật liệu cho phơi và khn .......................................................... 107
Hình 5. 8 Nhập thơng số vật liệu ................................................................................. 107
Hình 5. 9 Ảnh hưởng của việc chia lưới đến độ chính xác của lực [24]. .................... 108
Hình 5. 10 Các thơng số .............................................................................................. 108
Hình 5. 11 Chọn các kiểu xuất dữ liệu ra. ................................................................... 109
Hình 5. 12 Chọn và định nghĩa cho quá trình mô phỏng. ........................................... 109
x


Hình 5. 13 Chọn các hệ số ma sát. .............................................................................. 110
Hình 5. 14 Tạo dữ liệu cho q trình mơ phỏng. ........................................................ 110
Hình 5. 15 Chạy chương trình. .................................................................................... 110
Hình 5. 16 Sự thay đổi của lực ép trong quá trình tạo hình bán lỏng ......................... 111
Hình 5. 17 Sự thay đổi của lực ép theo thời gian ứng với các tốc độ ép khác nhau. .. 112
Hình 5. 18 Mối liên quan giữa lực ép và hành trình trong quá trình ép ...................... 112
Hình 5. 19 Phân bố ứng suất ứng với từng vận tốc ép ................................................ 114
Hình 5. 20 Vị trí đặt cảm biến nhiệt. ........................................................................... 115
Hình 5. 21 Thiết bị thực nghiệm nung cảm ứng.......................................................... 116
Hình 5. 22 Sản phẩm sau tạo hình ............................................................................... 116
Hình 5. 24 Quá trình chuẩn bị mẫu và kiểm tra mẫu .................................................. 120
Hình 5. 25 Thiết bị thử cơ tính Instron 5584 ............................................................... 120
Hình 5. 26 Đồ thị thử cơ tính của Nhôm. .................................................................... 121

xi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4. 1 Tính chất vật lý của A356 tại nhiệt độ phòng ...............................................80
Bảng 4. 2 Nhiệt độ tại hai điểm A và B khi f = 21kHz .................................................85
Bảng 4. 3 Sai số nhiệt độ tại A, B khi f = 21kHz ..........................................................83
Bảng 4. 4 Nhiệt độ tại hai điểm A và B khi f = 22kHz .................................................87
Bảng 4. 5 Nhiệt độ tại hai điểm A và B khi f = 23kHz .................................................87
Bảng 4. 6 Nhiệt độ tại hai điểm A và B khi f = 24kHz .................................................87
Bảng 4. 7 Nung 3 bước [18] ..........................................................................................95
Bảng 4. 8 Nung 1 bước [39] ..........................................................................................97
Bảng 4. 9 Nung 2 bước [16] ..........................................................................................98
Bảng 5. 1 Độ dẫn nhiệt của nhôm A356 ở một số nhiệt độ [47]. ................................ 105
Bảng 5. 2 Nhiệt dung riêng của nhôm A356 ở một số nhiệt độ [47]. ......................... 104
Bảng 5. 3 Dữ liệu cho quá trình mơ phỏng ................................................................. 107
Bảng 5. 4 Thành phần hóa học (%) của mẫu thực nghiệm A356 ................................ 117
Bảng 5. 5 Kết quả thử nghiệm ..................................................................................... 121

xii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
GS:

Giáo sư

TSKH:

Tiến sĩ khoa học

TS:

Tiến sĩ

ThS:

Thạc sĩ

MIT:

Viện Công nghệ Massachusetts

FEM:

Phương pháp phần tử hữu hạn

CGM:

Phương pháp độ dốc liên hợp

CFD:

Khí động lực học tính tốn

TXM:

Tạo hình xúc biến

Thixocasting:

Đúc xúc biến

Rheoforming:

Tạo hình lưu biến

Rheocasting:

Đúc lưu biến

Thixoforging:

Dập xúc biến

Thixotropic:

Chất lỏng xúc biến

xiii


BẢNG KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TT

Ký hiệu

1.

σ

2.

ρKL

3.

Ý nghĩa

Đơn vị

Hệ số dẫn điện

Ωm

Điện trở suất của kim loại

Ωm

α

Hệ số nhiệt độ của điện trở suất

1/ oC

4.

μr

Độ từ thẩm tương đối

H/ m

5.

ε

Hằng số điện môi

F/ m

6.

μ0

Độ từ thẩm của chân không

H/ m

7.

ε0

Hằng số điện môi của chân không

F/ m

8.

B

Mật độ từ thơng

9.

H

Cường độ từ trường

10.

δ

Độ thấm sâu

11.

I

Mật độ dịng điện với khoảng cách y từ diện tích bề

T
A/ m
m
A/ m2

mặt

12.

I0

Mật độ dịng điện tại diện tích bề mặt làm việc

13.

y

Khoảng cách từ bề mặt hướng về lõi dây

m

14.

f

Tần số

HZ

15.

K

Hệ số khoảng cách

16.

k

Độ dẫn nhiệt của vật liệu

17.

T

Nhiệt độ

A/ m2

W/ m.K
0

C

xiv


Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị

18.

qđối lưu

Nhiệt lượng tổn thất do đối lưu

W/m2

19.

qbức xạ

Nhiệt lượng tổn thất do bức xạ

W/m2

20.

Tbề mặt

Nhiệt độ bề mặt

TT

21.

Txung quanh Nhiệt độ xung quanh

0

C

0

C

22.

cp

Nhiệt dung riêng của vật liệu

J/ kg. K

23.

L

Ẩn nhiệt nóng chảy kim loại

J/ kg

24.

𝜌

Khối lượng riêng của vật liệu

Kg/ m3

xv


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Luận án

Từ những cuối thập niên 90, một kỹ thuật tạo hình vật liệu tiên tiến đã được thương
mại hóa - đó là kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng. Kỹ thuật này phát triển
trên nền tảng kỹ thuật tạo hình ở trạng thái lỏng nên nó kế thừa những ưu điểm mà kỹ
thuật tạo hình ở trạng thái lỏng có được, đồng thời khắc phục những nhược điểm như
tiết kiệm năng lượng, giảm khuyết tật vật đúc. Sản phẩm từ kỹ thuật này được các
hãng nổi tiếng trên thế giới đang ứng dụng như: Ford, Toyota,…dùng để chế tạo động
cơ và các chi tiết ơ tơ có độ chính xác cao, giảm được các nguyên công gia công cơ khí
tiếp theo. Hiện nay, ở Việt Nam kỹ thuật này còn khá mới, việc nghiên cứu và giải
quyết những vấn đề mấu chốt của kỹ thuật này rất quan trọng, cụ thể là đề xuất giải
pháp kỹ thuật để chế tạo ra vật liệu ở trạng thái bán lỏng giúp nhà sản xuất tiết kiệm
được chi phí sản xuất, nâng cao năng suất, chất lượng, giảm giá thành là điều rất quan
trọng. Vì vậy, đề tài nghiên cứu này sẽ làm tiền đề để phát triển ngành kỹ thuật tạo
hình hiện đại này ở Việt Nam không những phục vụ cho nghiên cứu khoa học mà còn
phục vụ cho nền sản xuất cơng nghiệp nước nhà trong q trình cơng nghiệp hóa, hiện
đại hố, thị trường cạnh tranh. Hơn nữa, việc áp dụng kết quả nghiên cứu này vào thực
tiễn sản xuất tại các nhà máy đang sử dụng kỹ thuật tạo hình ở trạng thái lỏng sẽ có
những thuận lợi và phù hợp trên cơ sở tận dụng những thiết bị có sẵn như thiết bị đúc
áp lực cao, do đó việc chuyển đổi sang kỹ thuật mới rất khả thi chỉ cần trang bị thiết bị
nung cảm ứng và chế độ phương pháp nung phù hợp. Đây cũng là mơ hình mà các nhà
máy trên thế giới đang áp dụng khi chuyển sang thương mại hoá kỹ thuật này.
Từ những nhu cầu cấp thiết trên cơ sở nghiên cứu phục vụ cho sự phát triển sản xuất,
Nghiên cứu sinh (NCS) lựa chọn hướng nghiên cứu "Tối ưu hóa quá trình nung cảm
ứng trong kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng hệ hợp kim Nhôm".

1


2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đưa ra chế độ gia nhiệt và chế độ làm nguội đồng thời một cách hợp lý nhằm đạt
đến sự đồng đều về nhiệt độ cho chi tiết khi nung với điều kiện độ chênh nhiệt độ giữa

tâm và bề mặt vật phôi ≤10 oC.
- Kiểm chứng khả năng tạo hình của vật liệu bán lỏng.
Với điều kiện ban đầu bài toán đặt ra là:
 Giả thiết rằng nhiệt lượng tại biên đã biết trong suốt q trình truyền nhiệt.
 Phơi nung từ hợp kim A356 (hoặc hợp kim Nhơm – Silic có hàm lượng Si chiếm 68 %), với yêu cầu này khi nhiệt độ nung qua đường nhiệt độ đơng đặc thì kim loại có
trạng thái 2 pha tương đối rõ rệt và khoảng cách từ nhiệt độ đường đặc đến nhiệt độ
đường lỏng tương đối lớn và rõ ràng.
 Phơi nung có dạng hình trụ và được nung theo phương thẳng đứng, chọn theo kích
thước l x d = 50 x 76 mm để so sánh tương đương với các nghiên cứu cùng lĩnh vực
trước đây.
 Quá trình nung được kết hợp với q trình làm nguội bề mặt bằng khí.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Quá trình nung cảm ứng cho phơi hệ hợp kim Nhơm mà cụ thể
là hợp kim nhơm Silic, vì đây là nhóm hợp kim có tính đúc tốt về, ít có xu hướng bị
nứt nóng khi tạo hình. Hơn nữa hệ hợp kim Al – Si được ứng dụng rất nhiều lĩnh vực,
đặc biệt là ôtô, xe máy, hàng không, vũ trụ và điểm thuận lợi khi chọn hệ hợp kim
Nhôm – Silic vì có nhiệt độ nóng chảy thấp và có khoảng đơng đặc lớn.
Phạm vi nghiên cứu: thực nghiệm nghiên cứu trong phạm vi mơ hình gần với thực tế
sản xuất, phù hợp với phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng theo cơng
nghệ tạo hình xúc biến (Thixoforming).

2


4. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về quá trình nung cảm ứng trong kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng
hệ hợp kim nhôm
- Cơ sở vật lý của quá trình nung cảm ứng trong quá trình tạo hình vật liệu ở trạng
thái bán lỏng.
- Tối ưu hóa quá trình nung cảm ứng trong kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng thái bán

lỏng.
- Thực nghiệm tối ưu quá trình nung cảm ứng trong kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán
lỏng.
- Nghiên cứu kiếm chứng khả năng tạo hình chi tiết cơ khí bằng kỹ thuật tạo hình ở
trạng thái bán lỏng.
- Kết luận.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tính tốn số: Sử dụng thuật tốn tối ưu kết hợp với phương pháp sai
phân hữu hạn giải bài tốn truyền nhiệt hai chiều.
- Phương pháp mơ phỏng bằng phần mềm Comsol để mơ phỏng q trình nung cảm
ứng, phần mềm Deform để mơ phỏng q trình tạo hình một chi tiết cơ khí.
- Phương pháp thực nghiệm trên thiết bị nung tần số nung 21 ÷ 25 KHz, thiết bị ép
thủy lực 100 tấn.
6. Ý nghĩa khoa học và ứng dụng của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học: Kết quả của nghiên cứu này góp phần định hướng, đề xuất được
giải pháp về mặt lý luận, đó là giải quyết vấn đề nung và làm mát bề mặt để đạt trạng
thái bán lỏng theo phương pháp tạo hình xúc biến (Thixoforming) giúp tiết kiệm về
mặt năng lượng và thời gian gia nhiệt cho vật nung.

3


- Ý nghĩa ứng dụng thực tế: Nghiên cứu kỹ thuật tạo hình tiên tiến ở trạng thái bán
lỏng mang tính đón đầu cơng nghệ giúp các Doanh nghiệp triển khai ứng dụng cơng
nghệ tiên tiến vào thực tế góp phần thúc đẩy ngành công nghiệp hỗ trợ.
7. Những điểm mới của Luận án
- Giải bài toán tối ưu quá trình nung cảm ứng theo 2 chiều (2D) ứng với điều kiện
biên phù hợp với mơ hình vật lý đặt ra.
- Sử dụng phương pháp độ dốc liên hợp CGM để giải bài tốn tối ưu 2 chiều.
- Mơ phỏng q trình tính tốn bằng phần mềm Comsol và q trình tạo hình bằng

phần mềm Deform.
- Thực nghiệm trên mơ hình thực tế để đánh giá tính chính xác của các phương pháp
đã nghiên cứu.
- Tối ưu quá trình tạo hình một chi tiết cụ thể bằng kỹ thuật bán lỏng.
8. Bố cục của Luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về quá trình nung cảm ứng trong kỹ thuật tạo hình ở trạng thái
bán lỏng hệ hợp kim nhơm
Chương 2: Cơ sở vật lý của quá trình nung cảm ứng trong quá trình tạo hình vật liệu ở
trạng thái bán lỏng.
Chương 3: Tối ưu hóa q trình nung cảm ứng trong kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng
thái bán lỏng.
Chương 4: Thực nghiệm tối ưu quá trình nung cảm ứng trong kỹ thuật tạo hình ở trạng
thái bán lỏng.
Chương 5: Nghiên cứu kiếm chứng khả năng tạo hình chi tiết cơ khí bằng kỹ thuật tạo
hình ở trạng thái bán lỏng.
Kết luận.
4


CHƯƠNG 1
TỞNG QUAN VỀ Q TRÌNH NUNG CẢM ỨNG
TRONG KỸ THUẬT TẠO HÌNH Ở TRẠNG THÁI BÁN LỎNG HỆ HỢP
KIM NHƠM
Nếu như trong phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái lỏng, kim loại và hợp kim
trước khi được đem tạo hình được nấu chảy lỏng hồn tồn thì trong phương pháp tạo
hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng, kim loại và hợp kim tạo hình ở trạng thái hai pha:
pha rắn và pha lỏng. Đồng thời nhiệt độ phân bố trên tồn bộ thể tích phơi là đồng đều.
Kỹ thuật này được phát hiện ra từ năm 1973 bởi Giáo sư C.Flemings và nghiên cứu
sinh của ông là David Spencer ở học viện MIT (Hoa Kỳ) và sau đó kỹ thuật tạo hình

này được phát triển cho đến ngày nay.
1.1 Tổng quan các phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng
Trong kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng, có hai hướng để vật liệu đạt được trạng
thái bán lỏng và bán rắn:
Một là, khi kim loại được gia nhiệt lên trên nhiệt độ đường đặc, tại đây kim loại bắt
đầu chảy và pha lỏng xuất hiện, trạng thái này gọi là trạng thái “mushy” (tạm dịch trạng thái bán lỏng). Nếu tiếp tục gia nhiệt lên trên nhiệt độ đường lỏng, kim loại sẽ
chuyển sang trạng thái lỏng hoàn toàn. Tuy nhiên, để đạt được trạng thái bán lỏng này
(tức là tỉ lệ pha rắn, pha lỏng gần bằng nhau và pha rắn có cấu tạo dạng hạt mịn) [41,
46] thì nhiệt độ phải phân bố đồng đều trên toàn bộ thể tích phơi.
Hai là, ngược lại với trạng thái “mushy” – (trạng thái bán lỏng) thì kim loại ở trạng
thái được hình thành từ quá trình nhiệt độ giảm xuống dưới nhiệt độ đường lỏng,
nhưng vẫn còn trên nhiệt độ đường đơng đặc, lúc này có sự xuất hiện của pha rắn,
trạng thái này gọi là trạng thái “semisolid” – (tạm dịch - trạng thái bán rắn) (Hình 1.1).
Chú ý rằng q trình làm nguội và đơng đặc ở trạng thái “semisolid” – (trạng thái bán
rắn) phải đảm bảo không được hình thành cấu trúc nhánh cây và thành phần bán lỏng
phải được phân bố đều nhau.

5


Hình 1. 1 Sơ đồ kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng [41].
Trong vùng từ nhiệt độ đường đặc đến nhiệt độ đường lỏng, hai trạng thái “mushy”
(trạng thái bán lỏng) và “semisolid” (trạng thái bán rắn) sẽ có tỉ lệ rắn lỏng tương đồng
nhau và khi đó cơ tính vật liệu cũng gần giống nhau.

Hình 1. 2 Thành phần rắn lỏng trong kim loại ở trạng thái mushy/semi-solid [41].
Để đạt được trạng thái bán lỏng mong muốn thì nhiệt độ là một yếu tố quan trọng. Do
vậy, trong q trình nung, vấn đề kiểm sốt nhiệt độ sao cho tỉ lệ pha rắn, pha lỏng xấp
xỉ bằng nhau và nhiệt độ được phân bố đồng đều trên tồn bộ thể tích phơi đặc biệt
được quan tâm, có như vậy thì cơ tính vật liệu của sản phẩm được tạo hình từ trạng

thái bán lỏng sẽ tốt hơn. [11, 15]

6


Phần trăm pha lỏng [%]

Nhiệt độ [0C]
Hình 1. 3 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa phần trăm pha lỏng và nhiệt độ
của Hợp kim A357 [15].
Việc lựa chọn nhiệt độ cho quá trình tạo hình ở trạng thái bán lỏng để đảm bảo tỷ lệ
pha rắn fs = 50% cũng là vấn đề cần giải quyết. Hình 1.3 cho thấy ở 565 oC, nhiệt độ
thấp nhất thực tế hợp kim A357 mới bắt đầu chảy lỏng. Trong khoảng nhiệt độ từ 580
C đến 615 oC đường cong thay đổi rất nhanh, dốc và khi nhiệt độ trong khoảng này

o

tăng thì cấu trúc bên trong - phần trăm pha lỏng - của khối kim loại cũng thay đổi rất
nhanh chóng từ 30 % lên đến 90 %. Trong nghiên cứu [15] cho thấy cơ tính của chi
tiết giảm đi đáng kể khi nhiệt độ tạo hình tăng lên, nhất là khi hợp kim đã chảy lỏng
hoàn toàn. Sự sút giảm về cơ tính này nó có liên quan rất nhiều đến những khuyết tật
mà chi tiết mắc phải, và trong nghiên cứu này cũng đã thí nghiệm và đưa ra bằng
chứng cho thấy cơ tính của vật đúc tốt nhất khi chúng ta chọn nhiệt độ tạo hình là 585
C. Ở nhiệt độ này thì những khuyết tật như lỗ co bất lợi cho cơ tính thì được phát hiện

o

rất ít từ các thành phẩm.
Từ kết quả của nghiên cứu [15] này sẽ là cơ sở cho việc lựa chọn nhiệt độ nung cho
quá trình tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng.

1.1.1 Các kỹ thuật tạo hình ở trạng thái bán lỏng
Có 2 phương pháp tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng chính [26, 29]: phương pháp
tạo hình xúc biến (Thixoforming) và phương pháp tạo hình lưu biến (Rheoforming).
7


1.1.1.1 Phương pháp tạo hình lưu biến (Rheoforming)

Hình 1. 4 Sơ đồ quy trình tạo hình bằng phương pháp lưu biến (Rheoforming) [26]
Sản phẩm được tạo hình bằng phương pháp lưu biến được thực hiện qua 2 giai đoạn:
 Giai đoạn tạo vật liệu ở trạng thái bán rắn (semisolid):
Trong giai đoạn này, đầu tiên là nấu luyện hợp kim cần tạo hình tới trạng thái lỏng
hồn tồn, sau đó tiến hành làm nguội kết hợp khuấy đảo hợp kim trên nhằm mục đích
làm cho kim loại khơng cịn cấu trúc hình nhánh cây mà là cấu trúc hình cầu, điều này
nhằm đảm bảo cho phơi đạt cơ tính cao trước khi được đưa vào buồng kết tinh. Trong
giai đoạn này, thường xuất hiện 3 dạng tinh thể như hình 1.5: tinh thể dạng nhánh cây,
tinh thể dạng hình bơng, và tinh thể dạng cầu. Với tinh thể nhánh cây được hình thành
khi khơng có lực khuấy. Tinh thể dạng “hình bơng” được hình thành khi có lực khuấy.
Tinh thể dạng hình cầu được hình thành khi lực khuấy mạnh hơn. Thơng thường thì
trong phương pháp tạo hình lưu biến (Rheoforming) thì có rất nhiều phương pháp để
bẻ gãy cấu trúc nhánh cây: phương pháp khuấy đảo cơ học, phương pháp biến tính sử
dụng hóa chất,…nhưng phương pháp được sử dụng phổ biến hơn cả là phương pháp
dùng lực khuấy điện từ giúp phá vỡ thiên tích nhánh cây (hình 1.5) và hình thành tinh
thể dạng hình cầu, từ đó cho ra tổ chức hạt mịn, làm tăng cơ tính cho vật đúc.
 Giai đoạn tạo hình vật liệu theo phương pháp tạo hình lưu biến (Rheoforming): sau
khi hình thành được vật liệu ở trạng thái bán rắn (semisolid) thì vật liệu này được
chuyển vào thiết bị áp lực để tạo hình ra chi tiết theo thiết kế ban đầu.

8