Chương 1: Giới thiệu sơ lược về phương pháp đúc hợp kim nhôm trong khuôn kim loại và nguồn dao động siêu âm. Các vấn đề liên quan như vật liệu đúc (hợp kim nhôm), tổ chức và khuyết tật của vật đúc, các thông số quá trình sẽ được trình bày. Chương 2: Tổng quan về các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trên thế giới nhằm xem xét đánh giá chung về tác động rung cơ học hoặc siêu âm đối với kim loại lỏng để từ đó xác định mục tiêu và phương pháp nghiên cứu của đề tài. Chương 3: Trình bày cơ sở lý thuyết đúc hợp kim nhôm trong khuôn kim loại và các hiệu ứng của siêu âm trong kim loại lỏng, bao gồm những vấn đề quan trọng nhất về bản chất của quá trình như quá trình truyền nhiệt, cơ chế tạo mầm và kết tinh, cơ chế làm mịn tổ chức, ảnh hưởng của dao động cơ học đến quá trình đông đặc của hợp kim đúc.
Chương 4: Thiết kế mô hình thực nghiệm và quy trình công nghệ đúc trên hợp kim nhôm với khuôn kim loại dưới tác động của siêu âm, bao gồm chọn lựa khuôn đúc, xác định các thông số đúc, bố trí thiết bị tạo dao động. Các kết quả được đo đạc như khả năng điền đầy khuôn, tổ chức tế vi, cơ tính của vật đúc. Chương 5: Phân tích kết quả thực nghiệm và đánh giá ảnh hưởng của siêu âm đến khả năng điền đầy, tổ chức và cơ tính của vật đúc. Tổng hợp kết quả thu được và đề xuất thông số công nghệ để đạt được cơ tính tốt nhất.
Chương 6 : Tổng kết và đưa ra đề xuất về giải pháp công nghệ nhằm ứng dụng vào quy trình sản xuất đúc thực tế trong công nghiệp. Định hướng phát triển cho các nhiên cứu tiếp theo. iii Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS. Phạm Quang Trung ABSTRACT Casting in metal molds or die casting is a commonly casting method for non-ferrous alloys such as aluminum, magnesium, zinc and copper alloys.
Aluminum alloys are mainly used in industry to manufacture complex shaped parts with low overheating and relatively simple technological processes. Applications of aluminum alloy casting are abundant including shipbuilding, automotive, aircraft accessories and control. These applications require technical research to improve the microstructure and mechanical properties of alloys. Currently, there are many methods to improve the quality of casting products, including changing cast alloy components, changing pouring technology or improving metal microstructure during crystallization through external influences, thereby increasing durability and toughness.
The microstructure of the casting greatly affects the quality of the products, of which particle size is one of the important parameters affecting the mechanical properties. In die casting process, if metals or alloys is cooled naturally and not controlled by external factors, the macrostructure of the casting shall form three areas including the outer shell region has fine-grained due to cools rapidly, the next area is a columnar crystal, the rest is in the center of the casting with large coarse round particles, there is also an impurity zone in the center. This structure with dendrite crystal makes the casting's mechanical properties very poor. Thus, to improve the mechanical properties of castings, we need to impact on the crystallization process in order to destroy the dendrite and refine particles, and dispersing impurities for uniform distribution.
This thesis investigates an external impact method to improve the quality of castings, in particular, the study of the effect of high- frequency mechanical (ultrasonic) vibration on the ability to fill the mold, microstructure and mechanical properties of alloy casting. In this study, ultrasonic oscillation with a frequency of 20 kHz and a power of 1500W will be introduced into the casting aluminum alloy ADC 12 during the freezing process. Through empirical testing methods, the result is ultrasonic vibration improves the degree of metal filling with narrow mold sections, modify the dendrite, reducing particle size. and improve the mechanical properties of castings.
iv Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS. Phạm Quang Trung The thesis content consists of the following basic parts: Chapter 1: Brief introduction of aluminum alloy die casting method and source of ultrasonic oscillation. Related issues such as casting material (aluminum alloy), microstructure and defects of the casting, process parameters will be presented. Chapter 2: Overview of theoretical and empirical studies around the world to consider general assessment of the impact of mechanical or ultrasonic vibration on liquid metal from which to determine the objectives and research methods.
of the thesis. Chapter 3: Presentation of the theoretical basis of aluminum alloy, gravity die casting and the effects of ultrasound in liquid metals, including the most important issues of the nature of the process such as heat transfer, nucleation and crystallization mechanism, refinement mechanism, the effect of mechanical oscillation on the solidification process of casting alloy. Chapter 4: Designing of experiment and casting processes on aluminum alloys with metal molds under the influence of ultrasound vibration, including molding selection, determining casting parameters, arranging forming ultrasonic equipment. Some criteria are considered such as the fill ability, the microstructure and the mechanical properties of the casting.
Chapter 5: Analyzing experimental results and assessing the influence of ultrasound on the filling ability, organization and mechanical properties of castings. Summarize the obtained results and propose technological parameters to achieve the best mechanical properties. Chapter 6: Reviewing and proposing technological solutions to apply in industrial casting process. Development orientation for the next research will be proposed.
v Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS. Phạm Quang Trung 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 văn 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 (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn Chữ ký Đào Duy Quí vi Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS. Phạm Quang Trung MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. i TÓM TẮT NGHIÊN CỨU. iv LỜI CAM ĐOAN.
vi MỤC LỤC. vii DANH MỤC HÌNH ẢNH. ix DANH MỤC BẢNG BIỂU. xii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.
xii GIỚI THIỆU .1 Hợp kim nhôm và tính chất đúc của hợp kim nhôm .1 Hợp kim trước cùng tinh .2 Hợp kim sau cùng tinh .3 Các đặc điểm khi đúc hợp kim nhôm .2 Nguồn dao động siêu âm .3 Giả thuyết đề tài .15 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .1 Khuấy đảo từ .2 Rung động cơ học.3 Xử lý kim loại lỏng bằng siêu âm .4 Nhận xét tình hình nghiên cứu .5 Tính cấp thiết và lý do lựa chọn đề tài .6 Mục tiêu đề tài luận văn .1 Quá trình kết tinh khi đúc trong khuôn kim loại .2 Cơ chế tạo mầm .1 Tạo mầm đồng thể .2 Tạo mầm dị thể .3 Tạo mầm động học .3 Siêu âm trong kim loại lỏng .1 Hiện tượng xâm thực .2 Luồng dao động siêu âm.3 Cơ chế làm nhỏ mịn tổ chức nhờ siêu âm .52 vii Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS. Phạm Quang Trung 3.4 Cơ chế khử khí siêu âm .54 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM .1 Lựa chọn vật liệu .2 Thiết bị siêu âm .3 Thông số siêu âm .6 Phân tích tổ chức thô đại và tổ chức tế vi .9 Đo khả năng điền đầy .10 Quy trình thực nghiệm .64 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .1 Khả năng điền đầy .2 Tố chức thô đại và khuyết tật .3 Tổ chức tế vi .1 Kích thước hạt .2 Hình thái của Si và Si cùng tinh .6 Nhiệt độ quá trình đúc .89 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .1 Ảnh hưởng của siêu âm đến tổ chức vật đúc.2 Ảnh hưởng của siêu âm đến cơ tính vật đúc .3 Ảnh hưởng của siêu âm đến khả năng điền đầy .4 Ảnh hưởng của siêu âm đến tốc độ nguội và truyền nhiệt .5 Đề xuất ứng dụng rung khuôn siêu âm vào sản xuất đúc công nghiệp .6 Hướng phát triển đề tài .93 TÀI LIỆU THAM KHẢO .94 viii Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS. Phạm Quang Trung DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Giản đồ pha Al-Si [1].
2 Tổ chức hợp kim trước cùng tinh Al-Si a) Thông thường và b) đã được biến đổi [3]. 3 Hình thái silic trong hợp kim sau cùng tinh [6]. 4 Dòng chảy và sự đông đặc của hợp kim nhôm trong kênh: (a) hợp kim với mặt trước đông đặc từ thành khuôn (cấu trúc cột); và (b) hợp kim với các tinh thể phát triển độc lập (cấu trúc đẳng trục) [26]. 5 Ba cơ chế co ngót: co ở trạng thái lỏng, trong quá trình đông đặc và co ở trạng thái rắn [44].
6 Biểu đồ biểu diễn dao động của sóng âm. 7 Sơ đồ cấu trúc bộ tạo dao động siêu âm. 1 Hướng của lực dao động F do tương tác của điện trường xoay chiều J và từ trường không đổi B [51]. 2 Sơ đồ bố trí hệ thống rung cơ học trên khuôn kim loại [60].
3 Hình thái silic cùng tinh với a) không rung và b) rung ở tần số 100Hz và biên độ 149m. 4 Ảnh hưởng của tần số rung đến tổ chức Macro của mẫu nhôm đúc AC4C với nhiệt độ khuôn 663K [60]. 5 Kết cấu khuôn và bố trí đo nhiệt độ tại các vị trí trong khuôn bằng cặp nhiệt điện [62]. 6 Ảnh hưởng của tần số rung đến tốc độ nguội của kim loại tại ba vùng vật đúc a)Vùng trên;b)Vùng giữa;c)Vùng đáy [62].
7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đúc khuôn kim loại rót trọng lực rung tần số thấp với 2 chế độ làm nguội khác nhau [63]. 8 Dạng tổ chức nhánh cây khi làm nguội vật đúc trong không khí a) Không rung khuôn;b) Có rung khuôn [63]. 9 Dạng tổ chức nhánh cây khi làm nguội vật đúc trong lò a) Không rung khuôn;b) Có rung khuôn [63] .28 ix Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS. Phạm Quang Trung Hình 2.
10 Tổ chức vật đúc trong điều kiện nhiệt độ rót 7600C, độ chân không -300 mmHg với tần số rung a) 0 Hz và b) 40 Hz [65]. 11 Tổ chức vật đúc trong điều kiện nhiệt độ rót 8200C, độ chân không -300 mmHg với tần số rung a) 0 Hz và b) 40 Hz [65]. 12 Tổ chức hạt trong hợp kim Al khi đông đặc với a) không xử lý siêu âm và b) có xử lý siêu âm [70]. 13 Hình thái Si cùng tinh a) không có tác động siêu âm và b) có rung siêu âm.
14 Tổ chức hợp kim A356 a) không xử lý siêu âm và b) có rung siêu âm. 15 Tổ chức thỏi nhôm đúc đông đặc ở nhiệt độ 725oC làm nguội chậm [98] a)Đông đặc bình thường;b) Sử dụng chất tạo mầm Al-5Ti-1B; c)Xử lý rung siêu âm; d)Kết hợp sử dụng chất tạo mầm và rung siêu âm. 16: Sơ đồ thí nghiệm xử lý siêu âm kim loại lỏng [81]. 1 Tổ chức hợp kim đúc [Bower T.
