Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu Công nghệ Biến dạng Dẻo Mãnh liệt Ảnh hưởng đến Cấu trúc và Tính chất Vật liệu Kim loại

• Tác giả: Nguyễn Đăng Khoa
• Người hướng dẫn: PGS. TS. Đào Minh Ngừng
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh - Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ tạo hình vật liệu
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt làm biến đổi cấu trúc và tính chất của vật liệu kim loại
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về công nghệ tạo hình biến dạng dẻo mãnh liệt
• 1.2. Tổ chức đa tinh thể kim loại và sự thay đổi trong quá trình SPD
• 1.3. Các ứng dụng của vật liệu sau SPD. Phát triển kỹ thuật thực hiện quá trình SPD
• 1.4. Các kỹ thuật biến dạng dẻo mãnh liệt
• 1.5. Đặc điểm chung của kỹ thuật biến dạng dẻo mãnh liệt
• 1.6. Khả năng ứng dụng thực tế của công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT VÀ ÁP LỰC THỦY TĨNH ĐẾN QUÁ TRÌNH ÉP
• 2.1. Trạng thái ứng suất và biến dạng của quá trình ECAP
• 2.2. Đặc điểm vùng biến dạng dẻo
• 2.3. Trạng thái biến dạng
• 2.4. Ảnh hưởng của ma sát và áp lực thủy tĩnh đến quá trình ép
• 2.5. Sự phân bố ứng suất tiếp xúc giữa kim loại và đáy khuôn tại vùng biến dạng
• 2.6. Tính lực ép và mức độ biến dạng bằng phương pháp tốc độ gián đoạn
• 2.7. Ảnh hưởng của góc gấp khúc và ma sát đến mức độ biến dạng
• 2.8. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất đến tính dẻo
• 2.9. Ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh đến giới hạn biến dạng khi phá hủy
• 2.10. Ảnh hưởng của mức độ biến dạng đến độ xốp vật liệu
• 2.11. Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất biến dạng đến quá trình làm mịn hạt trong SPD
• 2.12. Áp dụng mô hình toán cho quá trình làm mịn hạt
• 2.13. Ảnh hưởng của các thông số tạo hình đến cường độ làm mịn hạt
• 2.14. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH ECAP
• 3.1. Yêu cầu về mô hình hóa và mô phỏng số quá trình ECAP
• 3.2. Xây dựng mô hình khuôn hai nửa
• 3.3. Xây dựng mô hình khuôn ghép
• 3.4. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn, vật liệu và điều kiện biên
• 3.5. Một số kết quả mô phỏng số và bàn luận
• 3.6. Các thông số công nghệ cơ bản của quá trình ép
• 3.7. Trạng thái ứng suất và biến dạng của phôi
• 3.8. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM
• 4.1. Lựa chọn vật liệu phôi ban đầu
• 4.2. Thiết kế, chế tạo khuôn và đồ gá công nghệ
• 4.3. Tóm tắt nội dung thực nghiệm
• 4.4. Khuôn hai nửa và đồ gá
• 4.5. Khuôn ghép phức hợp với cơ cấu đối áp
• 4.6. Thiết bị tạo hình vật liệu
• 4.7. Quy trình lắp ráp và vận hành thực nghiệm công nghệ tạo hình
• 4.8. Sự cố công nghệ, khuyết tật sản phẩm và biện pháp khắc phục
• 4.9. Thiết bị nghiên cứu tổ chức và tính chất vật liệu
• 4.10. Thiết bị tạo mẫu
• 4.11. Thiết bị đánh giá tổ chức và tính chất vật liệu
• 4.12. Kết luận chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
• 5.1. Kết quả nghiên cứu công nghệ thiết bị tạo hình
• 5.2. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết
• 5.3. Thiết kế thiết bị, khuôn và đồ gá thực nghiệm công nghệ ECAP
• 5.4. Kết quả nghiên cứu quá trình tạo hình bằng ECAP
• 5.5. Đánh giá mẫu sau ECAP
• 5.6. Khảo sát chất lượng bề mặt mẫu, khuyết tật và cách khắc phục
• 5.7. Kết quả khảo sát tổ chức và tính chất mẫu
• 5.8. Kết luận chương 5
• 5.9. Kết quả đạt được của luận án
• 5.10. Hướng nghiên cứu tiếp theo
• NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt

Luận án tiến sĩ này tập trung nghiên cứu công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt (SPD), một phương pháp tạo hình vật liệu kim loại nhằm thay đổi cấu trúc và tính chất vật liệu. SPD được sử dụng để tạo ra các kim loại có hạt siêu mịn và nano, mang lại các đặc tính cơ học và vật lý đặc biệt. Kỹ thuật ECAP (Equal Channel Angular Pressing) là một trong những phương pháp tiêu biểu của SPD, được nghiên cứu sâu trong luận án. Mục tiêu của nghiên cứu là hoàn thiện cơ sở lý thuyết và công nghệ SPD, đặc biệt là trong việc ngăn ngừa phá hủy dẻo dưới áp lực thủy tĩnh cao.

1.1. Tổng quan về SPD và ECAP

SPD là một phương pháp tạo hình vật liệu kim loại thông qua biến dạng dẻo dưới áp lực cao, nhằm tạo ra các hạt siêu mịn và nano. ECAP là kỹ thuật tiêu biểu, sử dụng khuôn gấp khúc để tạo biến dạng dẻo mãnh liệt. Luận án nhấn mạnh các vấn đề còn tồn tại trong lý thuyết và công nghệ SPD, đồng thời đề xuất hướng nghiên cứu mới để cải thiện quá trình biến dạng.

1.2. Mục tiêu và ý nghĩa của nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận án là hiểu rõ ảnh hưởng của các yếu tố như ma sát, áp lực thủy tĩnh và biến dạng đến các thông số công nghệ trong quá trình SPD. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các vật liệu kim loại có tính chất cơ học vượt trội, ứng dụng trong các ngành công nghiệp hiện đại.

II. Nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng quá trình ECAP

Chương này tập trung vào nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng số quá trình ECAP. Luận án sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng trong vùng dẻo. Các yếu tố như ma sát, góc ép và áp lực thủy tĩnh được đánh giá để xác định các thông số công nghệ tối ưu. Kết quả mô phỏng cho thấy sự phân bố ứng suất và biến dạng trên bề mặt tiếp xúc giữa phôi và khuôn, giúp thiết kế hệ thống khuôn và đồ gá hiệu quả.

2.1. Phương pháp mô phỏng số

Luận án sử dụng phần mềm DEFORM để mô phỏng quá trình ECAP. Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng, giúp xác định các thông số công nghệ như lực ép, mức độ biến dạng và ảnh hưởng của ma sát. Kết quả mô phỏng được so sánh với các tính toán lý thuyết để đảm bảo độ chính xác.

2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ

Các yếu tố như ma sát, góc ép và áp lực thủy tĩnh có ảnh hưởng lớn đến quá trình ECAP. Luận án phân tích sự phân bố ứng suất trên bề mặt tiếp xúc giữa phôi và khuôn, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố này đến khả năng biến dạng của vật liệu. Kết quả nghiên cứu giúp tối ưu hóa quá trình tạo hình và nâng cao chất lượng sản phẩm.

III. Thực nghiệm và kết quả nghiên cứu

Chương này trình bày kết quả thực nghiệm về quá trình ECAP trên các vật liệu như đồng, nhôm Al7075 và titan. Luận án thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị thí nghiệm, bao gồm máy ép thủy lực và khuôn ghép. Các thí nghiệm được thực hiện với các thông số công nghệ khác nhau, và kết quả được đánh giá thông qua các thiết bị như kính hiển vi điện tử và máy kéo vạn năng. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể về tổ chức hạt và tính chất cơ học của vật liệu sau quá trình ECAP.

3.1. Thiết kế và chế tạo thiết bị

Luận án thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị thí nghiệm, bao gồm máy ép thủy lực và khuôn ghép, để thực hiện quá trình ECAP. Thiết bị được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu về áp lực cao và kiểm soát đối áp, giúp thực hiện quá trình biến dạng dẻo mãnh liệt trên các vật liệu khác nhau.

3.2. Kết quả thực nghiệm

Các thí nghiệm được thực hiện trên vật liệu đồng, nhôm Al7075 và titan với các thông số công nghệ khác nhau. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể về tổ chức hạt và tính chất cơ học của vật liệu sau quá trình ECAP. Các thiết bị như kính hiển vi điện tử và máy kéo vạn năng được sử dụng để đánh giá kết quả thực nghiệm.

IV. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Luận án đã đạt được các kết quả quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt. Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể về tổ chức hạt và tính chất cơ học của vật liệu sau quá trình ECAP. Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số công nghệ và mở rộng ứng dụng của SPD trong các ngành công nghiệp khác nhau.

4.1. Kết quả đạt được

Luận án đã hoàn thiện cơ sở lý thuyết và công nghệ SPD, đặc biệt là kỹ thuật ECAP. Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể về tổ chức hạt và tính chất cơ học của vật liệu, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các ngành công nghiệp.

4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số công nghệ và mở rộng ứng dụng của SPD trong các ngành công nghiệp khác nhau. Nghiên cứu cũng sẽ tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới với tính chất cơ học và vật lý vượt trội.