ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BỘ MÔN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TẦN SỐ RUNG ĐẾN
ĐỘ ĐIỀN ĐẦY VÀ TỔ CHỨC TẾ VI
HỢP KIM ADC12 TRONG
ĐÚC MẪU HÓA KHÍ

SVTH: TRẦN THANH PHONG
MSSV: V1102559
LỚP:

VL11KL

GVHD: PGS. TS NGUYỄN NGỌC HÀ

Thành phố Hồ Chí Minh, 03/2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: Trần Thanh phong

MSSV: V1102725 – Lớp: VL11KL

Ngành: Kỹ thuật vật liệu

Bộ môn: Kim loại và hợp kim

1. Tên đề tài:

KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐẾN ĐỘ ĐIỀN ĐẦY VÀ TỔ CHỨC TẾ
VI HỢP KIM ADC12 TRONG ĐÚC MẪU HÓA KHÍ
2. Nhiệm vụ của luận văn (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
- Tổng quan về công nghệ đúc mẫu hóa khí và tác đụng của rung .
-Cơ sở lý thuyết của rung và ảnh hưởng của rung đến quá trình đông đặc.
- Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới về ảnh hưởng của rung trong các phương pháp đúc.
- Tiến hành thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của tần số rung cơ học trong quá trình đông
đặc của hợp kim trong công nghệ đúc mẫu hóa khí.
- Đánh giá sự thay đổi của độ điền đầy và kích thước hạt dưới các tần số rung khác nhau .
- Kết luận ảnh hưởng của rung trong công nghệ đúc mẫu hóa khí và chọn tần số rung tốt nhất
với hợp kim trong thí nghiệm.
3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn:
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ luận văn:
5. Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà

Phần hướng dẫn: Toàn phần

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn.
TP. HCM, ngày … tháng … năm 2016

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:
Người duyệt (chấm sơ bộ) : ......................................
Đơn vị: .....................................................................
Ngày bảo vệ: ............................................................
Điểm tổng kết: ..........................................................
Nơi lưu trữ luận văn: ................................................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày … tháng … năm 2016

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người hướng dẫn)
1. Họ và tên SV: Trần Thanh phong

MSSV: V1102559


Ngành (chuyên ngành): Kim loại và hợp kim
2. Đề tài:
KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐẾN ĐỘ ĐIỀN ĐẦY VÀ TỔ CHỨC TẾ
VI HỢP KIM ADC12 TRONG ĐÚC MẪU HÓA KHÍ
3. Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang

: trang

Số bảng số liệu

:

bảng

Số tài liệu tham khảo : tài liệu
Hiện vật (sản phẩm)

Số chương
Số hình ảnh

: chương
: hình

Phần mềm tính toán : ...................................

:


5. Tổng quát về của bản vẽ:
Số bản vẽ:

bản vẽ A0

Số bản vẽ vẽ tay:……………….………….. Số bản vẽ trên máy tính: bản vẽ A0
6. Nhận xét:
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................


....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
7. Đề nghị: Được bảo vệ
Bổ sung thêm để bảo vệ
Không được bảo vệ

8. Câu hỏi SV phải trả lời trước Hội Đồng (CBPB ra ít nhất 02 câu):
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
9. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB): ..............................
10. Điểm (Thang điểm 10): ........... /10
Ký tên (ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày … tháng … năm 2016


PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người phản biện)
1. Họ và tên SV: Trần Thanh Phong
MSSV: V1102559
Ngành (chuyên ngành): Kim loại và hợp kim
2. Đề tài:
KHẢO SÁT VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦN SƠN MẪU SỬ DỤNG TRONG ĐÚC
HỢP KIM NHÔM ADC12 BẰNG PHƯƠNG PHÁP MẪU HÓA KHÍ
3. Họ tên người phản biện:
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang
: trang
Số bảng số liệu

:

Số hình ảnh

bảng

Số tài liệu tham khảo : tài liệu
Hiện vật (sản phẩm)

Số chương

: chương
: hình

Phần mềm tính toán: .....................................


: Các mẫu đúc

5. Tổng quát về của bản vẽ:
Số bản vẽ: bản vẽ
Số bản vẽ vẽ tay:……………………….Số bản vẽ trên máy tính: bản vẽ
6. Nhận xét:
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................


....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
7. Đề nghị: Được bảo vệ
Bổ sung thêm để bảo vệ
Không được bảo vệ

8. Câu hỏi SV phải trả lời trước Hội Đồng (CBPB ra ít nhất 02 câu):
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
9. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB): ..............................
10. Điểm (Thang điểm 10): ........... /10
Ký tên (ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN


LỜI NÓI ĐẦU


MỤC LỤC
1. Chương 1: MỞ DẦU ................................................................................................1

1.1.

Đại cương về các phương pháp đúc: ..................................................................1

1.2.

Giới thiệu về đúc mẫu hóa khí: ..........................................................................2

1.2.1.

Lịch sử ra đời: .............................................................................................2

1.2.2.

Nguyên lý và quy trình chung của LFC: .....................................................2

1.2.3.

Ưu điểm và nhược điểm của đúc mẫu hóa khí ............................................3

1.2.4.

Xu hướng phát triển: ...................................................................................4

1.3.

Rung và ứng dụng của rung trong công nghệ đúc: ............................................5

1.3.1.


Vấn đề tinh luyện hạt trong quá trình đúc: ..................................................5

1.3.2.

Định nghĩa về rung: .....................................................................................6

1.3.3.

Quá trình nghiên cứu và ứng dụng của rung trong công nghệ đúc: ............6

1.3.4.

Điều kiện thuận lợi khi ứng dụng rung trong đúc mẫu hóa khí: .................7

1.4.

Đặt vấn đề: .........................................................................................................7

1.5.

Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu: ....................................................................8

1.5.1.

Nhiệm vụ nghiên cứu: .................................................................................8

1.5.2.

Nội dung nghiên cứu: ..................................................................................8


2. Chương 2: TỔNG QUAN .........................................................................................8
2.1.

Tác động của rung đến tổ chức và cơ tính của vật đúc: .....................................8

2.2.

Tác động của rung đến độ chảy loãng: ............................................................14

2.3.

Tác động của rung trong phương pháp đúc mẫu hóa khí: ...............................15

3. Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................16
3.1.

Cở sở lý thuyết quan trọng trong qua trình đúc mẫu hóa khí: .........................16

3.1.1.

Đặc điểm của mẫu xốp trong quá trình đúc mẫu hóa khí: ........................16

3.1.2.

Cơ chế điền đấy khuôn trong công nghệ đúc mẫu hóa khí: ......................18

3.1.3.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ điền đấy trong đúc mẫu hóa khí: ...............20


3.2.

Đặc điểm của rung: ..........................................................................................21

3.2.1.

Đặc điểm và các thông số của đao động rung: ..........................................21

3.2.2.

Biểu thức toán học của dao đồng rung: .....................................................21

3.2.3.

Các đại lượng rung quan trọng cần được xét trong công nghệ đúc: .........22

3.3.

Lý thuyết kết tinh: ............................................................................................23

3.3.1.

Nhiệt động học chuyển pha: ......................................................................23

3.3.2.

Lý thuyết ba động năng lượng: .................................................................24
1



3.3.3.

Mầm tự sinh (mầm đồng thể): ...................................................................25

3.3.4.

Mầm sinh ra trên vật rắn có sẵn (mầm dị thể): .........................................27

3.4.

Hình thành và phát triển tinh thể nhánh cây: ...................................................28

3.4.1.

Tinh thể nhánh cây: ...................................................................................28

3.4.2.

Nguyên nhân hình thành tinh thể nhánh cây: ............................................28

3.5.

Ảnh hưởng của rung trong qua trình kết tinh và đông đặc vật đúc: ................29

3.5.1.

Ảnh hưởng của rung đến phát triển tinh thể nhánh cây: ...........................29

3.5.2. Ảnh hưởng của rung đến quá trình ba động và hình thành cấu trúc tế vi
của kim loại:............................................................................................................29

3.6.

Tác động của rung đến độ chảy loãng và khả năng điền đầy vật đúc: ............30

4. Chương 4: THỰC NGHIỆM ..................................................................................34
4.1.

Nguyên liệu dùng trong nghiên cứu: ...............................................................34

4.1.1.

Cát làm khuôn: ..........................................................................................34

4.1.2.

Mẫu xốp Polystyrene: ...............................................................................35

4.1.3.

Hợp kim đúc: .............................................................................................36

4.1.4.

Thành phần sơn mẫu: ................................................................................37

4.2.

Trang thiết bị: ...................................................................................................41

4.2.1. Nhóm thiết bị dùng cho quá trình đúc mẫu hóa khí và áp dụng rung trong

quá trình đúc. ..........................................................................................................41
4.2.2.
4.3.

Nhóm thiết bị dùng cho thí nghiệm soi kim tương: ..................................46

Phần mềm phân tích kích thước hạt: ................................................................47

4.3.1.

Các phương pháp phân tích kích thước hạt:..............................................47

4.3.2.

Phần mềm ImageJ và ứng dụng: ...............................................................48

4.4.

Quy trình thí nghiêm chung: ............................................................................49

4.5.

Quy trình pha sơn nhúng mẫu: .........................................................................49

4.6.

Quy trình nấu đúc: ...........................................................................................51

4.7.


Lựa chọn các thông số thí nghiệm: ..................................................................51

4.7.1.

Lựa chọn chiều dày sơn: ...........................................................................52

4.7.2.

Lựa chọn nhiệt độ rót, độ chân không, hướng rót kim loại: .....................52

4.7.3.

Lựa chọn tần số rung: ................................................................................52

4.7.4.

Lựa chọn thời gian giữ chân không, rung, và giữ vật đúc trong khuôn: ...52

4.7.5.

Bảng tổng hợp các thông số thí nghiệm: ...................................................53

4.8.

Phương pháp đánh giá độ điền đầy: .................................................................54

4.9.

Phương pháp đánh giá kích thước hạt: ............................................................55
2



4.9.1.

Các bước cơ bản đánh giá kích thước hạt: ................................................55

4.9.2.

Chọn vị trí soi kim tương: .........................................................................56

4.9.3.

Thí nghiệm soi kim tương: ........................................................................57

4.9.4.

Phân tích ảnh và đo kích thước hạt: ..........................................................59

5. Chương 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN ........................................59
5.1.

Đúc thăm đò: ....................................................................................................59

5.1.1.
5.2.

Kết quả thí nghiệm thăm dò: .....................................................................60

Đúc thực nghiêm: .............................................................................................65


5.2.1.

Kết quả thí nghiệm: ...................................................................................65

5.3.

Đồ thị ảnh hưởng của rung trong quá trình đúc mẫu hóa khí hợp kim ADC12 :
78

5.4.

Ảnh hưởng của rung đến độ điền đầy: .............................................................79

5.5.

Ảnh hưởng của rung đến kích thước hạt:.........................................................79

6. Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................79

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Thị phần đúc mẫu hóa khí trong giai đoạn 1960-2020[5]...................... 5
Hình 2.1 Ảnh hương của rung đến tổ chức tế vi của hợp kim AC4C trong nghiên
cứu của Naoki Omura[10] .................................................................................... 9
Hình 2.2 Nhiệt độ khuôn trong suốt quá trình đông đặc (a); Thay đổi kích thước
hạt (b) trong nghiên cứu của Naoki Omur[11] ................................................... 10
Hình 2.3 Độ giảm kích thước hạt trong nghiên cứu của P.A.O. Adegbuyi[12] . 11
Hinh 2. Hình dạng và cách đặt mẫu trong thí nghiệm của T. Ciućka[14] ......... 11

Hình 2.5 Tác động của rung đến tổ chức hợp kim LM13 trong nghiên cứu của
Viralkumar R.Patel (a) không rung; (b) rung 15Hz[17] ....................................13
Hình 2.6 Thay đổi kích thước hạt dưới tác động của rung trong thí nghiệm của
S.S. Mishra đưới [15] ..........................................................................................13
Hình 2.7 Độ bề cơ học của mẫu vật đúc trong thí nghiệm của Vatsala
Chaturvedi (a) Tính chống mài mòn; (b) Độ bền kéo[19] ..................................14
Hình 2.8 Thay đổi kích thước hạt dươi tác động của rung trong thí nghiêm của
Zhao Zhong[20] ..................................................................................................15
Hình 2. Hình thành rỗ khí lớn khi rung ở tần số cao[20] ................................... 16
Hình 3.1 Công thức phân tử và cấu trúc không gian của Polystyrene[21] ........ 16
Hình 3.2 Cơ chế tiếp xúc (trái) Cơ chế khoảng trống (phải)[23] ....................... 19
Hình 3.4 Cơ chế sụp[23] ..................................................................................... 19
Hình 3.5 Biểu đồ dao động rung[24] .................................................................. 21
Hình 3.6 Quan hệ giữa biên độ và tần số [9]. .................................................... 23
Hình 3.7 Biến đổi năng lượng tự do của hệ[25] ................................................. 24
Hình 3.8 Kích thước tới hạn[25] ......................................................................... 25
Hình 3.9 Tốc độ sinh mầm và phát triển mầm phụ thuộc độ quá nguội.[25] ..... 27
Hình 3.10 Mầm dị thể[25]................................................................................... 27
Hình 3.11 Tinh thể nhánh cây và nguyên nhân hình thành[25][6] .................... 28
Hình 3.13 Giản đồ Al-Si và đường nguội của hợp kim ADC [27] ...................... 31
Hình 3.14 Tổ chức các cùng tinh hợp kim ADC12[29] ...................................... 32
Hình 3.16 Các cùng tính trên biên giới hạt α-Al.[30] ......................................... 33
Hình 3.17 Phân tích thành phần pha trên biên giới hạt α-Al.[30] ..................... 34
Hình 4.1 Hình dạng hạt cát [7] ........................................................................... 35
Hình 4.2 Hình dạng mẫu xốp dùng trong thí nghiêm ......................................... 36
Hình 4.3 Nhựa thông(trái) và keo silicon(phải).................................................. 39
4


Hình 4.4 Mật mía (trái);Butanol (phải) .............................................................. 40

Hình 4.5 Khuôn ép mẫu....................................................................................... 42
Hình 4.6 Lò điện trở ............................................................................................ 43
Hình 4.7 Sơ đồ thiết bị rung trong công nghệ đúc mẫu hóa khí[20] .................. 43
Hình 4.8 Thiết bị rung (trái) và biến tần (phải) .................................................. 44
Hình 4.9 Hòm khuôn ........................................................................................... 44
Hình 4.10 Thiết bị hút chân không ...................................................................... 45
Hình 4.11 Ống pha sơn (trái) và Cân điện tử (phải) .......................................... 45
Hình 4.12 Cân đồng hồ và mấy khấy .................................................................. 46
Hình 4.13 Cốc đo độ nhớt ................................................................................... 46
Hình 4.14 Cưa kim loại (trái); máy mài thô (phải)............................................. 47
Hình 4.15 Máy đánh bóng (trái); kính hiển vi quang học .................................. 47
Hình 4.16 Phần mềm ImageJ .............................................................................. 48
Hình 4.17 Quy trình thí nghiệm chung ................................................................ 49
Hình 4.18 Sơn sau khi khấy và cách đo độ nhớt ................................................. 50
Hình 4.19 Phơi mẫu xốp sau khi nhúng. ............................................................. 51
Hình 4.20 Chọn mặt soi kim tương ..................................................................... 56
Hình 4.21 Cấu trúc thỏi đúc[25] ......................................................................... 57
Hình 5.1 Hai mẫu đúc thăm dò: mẫu (a) mẫu không rung 0Hz; mẫu (b) mẫu
rung 30Hz ............................................................................................................60
Hình 5.2 Ảnh soi kim tương mẫu không rung (MKR) ......................................... 61
Hình 5.3 Ảnh mẫu không rung (MKR) sau phân tích imageJ ............................. 61
Hình 5.4 Biêu đồ phân bố kích thước hạt mẫu không rung (MKR) .................... 62
Hình 5.5 Mẫu rung (MR),30Hz ........................................................................... 62
Hình 5.6 Ảnh mẫu rung sau phân tích bằng imageJ ........................................... 63
Hình 5.7 Biểu đô phân bố kích thước hạt mẫu rung (MR).................................. 64
Hình 5.8 Thay đổi kích thước hạt trong thí nghiệm thăm dò .............................. 64
Hình 5.9 Ảnh 8 mẫu vật đúc trong thực nghiệm ................................................. 65
Hình 5.10 Ảnh soi kim tương Mẫu 1 ................................................................... 66
Hình 5.11 Ảnh Mẫu 1 phân tích bằng imageJ .................................................... 66
Hình 5.12 Biêu đồ phân bố kích thước hạt Mẫu 1 .............................................. 67

Hình 5.13 Ảnh soi kim tương mẫu 2 .................................................................... 67
5


Hình 5.14 Ảnh Mẫu 2 phân tích bằng ImageJ .................................................... 68
Hình 5.15 Biêu đồ phân bố kích thước hạt Mẫu 2 .............................................. 68
Hình 5.16 Ảnh soi kim tương Mẫu 3 ................................................................... 69
Hình 5.17 Ảnh Mẫu 3 phân tích bằng ImageJ .................................................... 69
Hình 5.18 Biểu đồ phân bố kích thước hạt Mẫu 3 .............................................. 70
Hình 5.19 Ảnh soi kim tương Mẫu 4 ................................................................... 70
Hình 5.20 Ảnh Mẫu 4 phân tích bằng ImageJ .................................................... 71
Hình 5.21 Biểu đồ phân bố kích thước hạt Mẫu 4 .............................................. 72
Hình 5.22 Ảnh soi kim tương Mẫu 5 ................................................................... 72
Hình 5.23 Ảnh Mẫu 5 phân tích bằng ImageJ .................................................... 72
Hình 5.24 Biểu đồ phân bố kích thước hạt Mẫu 5 .............................................. 73
Hình 5.25 Ảnh soi kim tương Mẫu 6 ................................................................... 74
Hình 5.26 Ảnh Mẫu 6 phân tích bằng ImageJ .................................................... 74
Hình 5.27 Biểu đồ phân bố kích thước hạt Mẫu 6 .............................................. 75
Hình 5.28 Ảnh soi kim tương Mẫu 7 ................................................................... 75
Hình 5.29 Ảnh Mẫu 7 phân tích bằng ImageJ .................................................... 76
Hình 5.30 Biêu đồ phân bố kích thước hạt Mẫu 7 .............................................. 76
Hình 5.31 Ảnh soi kim tương Mẫu 8 ................................................................... 77
Hình 5.33 Biểu đồ phân bố kích thước hạt mẫu 8............................................... 78

6


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Chuyển biến của Polystyrene đưới tác dụng của nhiệt độ[22] ...........17
Bảng 3.2 Lượng khí và cặn nhớ sinh ra [22] ....................................................17

Bảng 3.3 Hàm lượng cặn nhớ [22] ....................................................................18
Bảng 3.5 Thành phàn hợp kim ADC12 : ............................................................31
Hình 3.15 Tổ chức nhánh cây α-Al hợp kim ADC12[29]...................................33
Bảng 4.1 Kích thước mẫu xốp ............................................................................36
Bảng 4.2 Tính chất vật lý của hợp kim[33] ........................................................37
Bảng 4.3 Một số dung môi thông dụng:[34] ......................................................38
Bảng 4.4 Nồng độ cho phép của một số dung môi phổ biến: [34] .....................39
Bảng 4.6 Tóm tắc thiết bị dùng trong đúc mẫu hóa khí .....................................41
Bảng 4.7 Thiết bị dùng trong thí nghiệm soi kim tương .....................................46
Bảng 4.8 Thông số độ nhớt và thời gian nhúng: ................................................52
Bảng 4.9 Giá trị thông số rung trong các thí nghiêm: ......................................53
Bảng 4.10 Các thông số cố định ........................................................................54
Bảng 5.1 Kích thước hạt mẫu không rung D m : ..........................................62
Bảng 5.2 Kích thước hạt mẫu rung (MR) D,µm .................................................63
Bảng 5.3 Kết quả phân tích độ điền đầy của thí nghiêm: ..................................66
Bảng 5.4 Kích thước hạt Mẫu 1 D(µm): ...........................................................67
Bảng 5.5 Kích thước hạt Mẫu 2 D(µm) ..............................................................68
Bảng 5.6 Kích thước hạt mẫu 3 D(µm): ............................................................69
Bảng 5.7 Kích thước hạt mẫu 4 D(µm): .............................................................71
Bảng 5.8 Kích thước Mẫu 5 D(µm) ....................................................................73
Bảng 5.9 Kích thước hạt Mẫu 6 D(µm) : ...........................................................75
Bảng 5.10 Kích thước hạt mẫu 7 D(µm): ...........................................................76
Hình 5.32 Ảnh Mẫu 8 phân tích bằng ImageJ....................................................77
Bảng 5.11 Kích thước hạt Mẫu 8 D(µm): ..........................................................78
Bảng 5.12 Thay đổi kích thước hạt dưới ảnh hưởng của rung: .........................78

7


1. Chương 1: MỞ DẦU

Đại cương về các phương pháp đúc:
Định nghĩa: Đúc là phương pháp chế tạo sản phẩm bằng cách rót kim
loại lỏng vào khuôn có hình dạng và kích thước xác định. Sau khi kim loại lỏng
đông đặc trong khuôn ta thu được vật đức có hình dạng giống với khuôn đúc.[1]
1.1.

Nếu sản phẩm đúc đưa ra sử dụng ngay mà không cần gia công cơ khí
thì gọi là chi tiết đúc, còn nếu sản phẩm phải qua gia công cơ khí: cắt gọt, gia
công áp lực… để có được các tính chất theo yêu cầu sử dụng thì gọi là phôi đúc.
[1]
Mọi vật liệu như: gang, thép, hợp kim màu, vật liệu phi kim khi nấu chảy
đều đúc được. Có thể tạo ra các chi tiết lớn và phức tạp mà các phương pháp
khác không đáp ứng được.
Đúc có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế. Tuy nhiên ở nước ta
vẫn chưa khai thác hết tiềm năng của nó như: các lợi ích trong công nghiệp phụ
trợ…[1]
Các phương pháp đúc hiện nay có thể chia thành hai nhóm:
Nhóm có mặt phân khuôn: đúc khuôn cát sét, cát nước thủy tinh,
các nhựa, đúc khuôn kim loại, đúc áp lực…
Nhóm không có mặt phân khuôn (đúc khuôn đầy): đúc mẫu chảy,
đúc mẫu hóa khí…
Các phương pháp đúc trong khuôn có mặt phân khuôn vẫn chiếm ưu thế
trong sản xuất đúc hiện nay do có nhiều ưu điểm và sự quen thuộc trong sản
suất. Đặc biệt là đúc trong khuôn cát sét, là công nghệ đầu tiên và được sử dụng
rộng rãi từ hàng ngàn năm qua.
Tuy nhiên các phương pháp đúc có mặt phân khuôn đều có nhược điểm
quan trọng là rất khó khăn trong việc xác định được mặt phân mẫu, chiều lấy
mẫu hoặc vật đúc ra khỏi khuôn các vật đúc phức tạp. Nhược điểm về công
nghệ rất khó khắc phục khác trong công nghệ đúc có mặt phân khuôn sử dụng
vật liệu làm khuôn bằng cát và chất dính, là sự sai lệch giữa các hòm khuôn

trong quá trình ráp khuôn.
Do các nhược điểm trên mà phương pháp đúc không mặt phân khuôn đã
ra đời và đươc ứng dụng ngày càng rộng rãi như: đúc mẫu chảy, đúc mẫu hóa
khí. Đặc biệt là đúc mẫu hóa khí có tiềm năng rất lớn so với phương pháp kia
do tính năng suất và tính kinh tế cao của nó.
1


1.2.

Giới thiệu về đúc mẫu hóa khí:

1.2.1. Lịch sử ra đời:
Công nghệ đúc mẫu hóa khí (lost foam casting-LFC) còn có nhiều cái
tên khác như: evaporative pattern casting, cavityless casting, evaporative foam
casting, khuôn đầy (full mold), Styrocast, Foamcast, Styrocast, Policast, foam
vaporisation casting…[2]
Người đã phát minh ra phương pháp dùng mẫu làm bằng xốp cho đúc
kim loại là H.F. Shroyer khoảng năm 1950 và ông đã nhận được bằng phát
minh vào ngày 15 tháng 4 năm 1958. Theo phương pháp này, mẫu được làm từ
khối vật liệu expanded polystyrene (EPS) dùng khuôn cát tươi có chất kết dính.
Mẫu xốp đóng vai trò hóc khuôn như phương pháp đúc khuôn cát sét. Khi rót
kim loại vào khuôn, dưới sức nóng của kim loại lỏng, mẫu xốp bị phân hủy và
mất đi, kim loại lỏng thay thế vị trí của mẫu và đông đặc tạo ra vật đúc có hình
dạng như mẫu xốp bang đầu. Phương pháp này được gọi tên là đúc khuôn đầy
(full mould process).[2][3]
Năm 1961, công ty công ty Grunzweig và Hartmann (Đức) mua
bản quyền công nghệ này và cải tiến để đến năm 196g được mở khi bắt đầu rót kim loại lỏng và khuôn, và thời
gian giữ chân không bắt đầu tính từ lúc ngừng rót khuôn đến lúc tắt chân
không. Nếu thời gian giữ chân không quá lâu, vật đúc bị cản co, dẫn đến nhiều

khuyết tật đúc.
52


Thời gian rung được áp dụng từ lức vừa rót kim loại lỏng vào khuôn
cho đến khi vật đúc đông đặc hoàn toàn, vì rung chỉ có tác dụng trong quá
trình đông đặc vật đúc. [9]
Thời gian giữ vật đúc trong khuôn có liên quan đến cấu trúc tế vi của
vật đúc. Khi giữ vật đúc lâu trong khuôn, do cát trên lớp bề mặt được làm
nóng trong thời gian lâu, tốc độ nguội giảm nên kích thước hạt sẽ thô to.
Ngược lại, nếu lấy vật đúc ra sớm thì tốc độ nguội nhanh hơn, hạt nhỏ mịn
hơn.
Tham khảo giáo viên hướng dẫn đựa trên tính toán về thời gian đông
đặc của vật đúc. Các thông số được chọn như sau: thời gian giữ chân không:
10s, thời gian giữ rung 90s (thời gian cần thiết cho bật 3 vật đúc đông đặc
hoàn toàn), thời gian giữ vật đúc trong khuôn 7 phút từ khi rót xong cho tất cả
các mẫu thí nghiệm.
4.7.5. Bảng tổng hợp các thông số thí nghiệm:
Bảng 4.9 Giá trị thông số rung trong các thí nghiêm:
Mẫu
Tần số rung (f,Hz)
Thâm
đò

MKR

0Hz

MR


30Hz

Mẫu 1

0

Mẫu 2

10

Thực
Mẫu 3
nghiệm
Mẫu 4

15

Mẫu 5

25

Mẫu 6

30

Mẫu 7

35

Mẫu 8


40

20

53


Bảng 4.10 Các thông số cố định
Thành phần sơn

2,5% Dextrin, 1,5% Bentonit,
96,0% ZrSiO4

Cách nhúng mẫu

Nhúng một lần

Độ nhớt

11s

Thời gian nhúng

20s

Chiều đày sơn

0,19s


Nhiệt độ rót

710oC

Độ chân không

500mmHg

Hướng rót

Một phía từ trên xuống

Thời gian giữ chân không sau rót 10s
xong
Thời gian giữ rung sau rót xong 90s
Thời gian giữ vật đúc trong
khuôn sau rót xong

7 phút

Phương pháp đánh giá độ điền đầy:
Đánh giá độ điên đầy trong luận văn này bằng cách dùng một màng
phim mỏng trong suốt có kẻ ô vuông kích thước 2x2mm làm thước chuẩn.
Tiến hành đo độ điền đầy qua các bước sau:

4.8.

Bước 1: Phủ tấm phim lên bật vật đúc không điền đầy hoàn toàn.
Bước 2: Đếm và xác định số ô điền đầy của bật vật đúc không điền
đầy hoàn toàn.

Bước 3: Từ số liệu bước 2 ta xác định được thể tính điền đầy của
bật không điền đầy hoàn toàn bằng công thức:
Vđd=4.n.hb (mm2).
Trong đó:
Vđd là thể tích điền đầy bật không hoàn toàn.
n số ô điền đầy của bật.

54


hb chiều cao của bật.
Bước 4: Xác định hệ số điền đầy bằng công thức quy đổi:
K a

Vđd
.
Vb

Trong đó:
K là hệ số điền đầy.
a số thứ tự bật điền đầy hoàn toàn lớn nhất trên mẫu (bằng với số
bật điền đầy trên mẫu).
Vđd là thể tích điền đầy bật không hoàn toàn.
Vb thể tích khi điền đầy hoàn toàn của bật không điền đầy hoàn
toàn.
Trong trương hợp bật sau bật không điền đầy không hoàn toàn đang
xét (Vb) kí hiệu là Vb+1,được điền đầy một phần thì thể tích điền đầy của bật
đó sẽ cộng vào thể tích bật Vb và áp dụng công thức như trên.
Bước 4: Vẻ biểu đồ ảnh hưởng của tần số rung đến độ điền đầy
4.9.


Phương pháp đánh giá kích thước hạt:

4.9.1. Các bước cơ bản đánh giá kích thước hạt:
Sau xác định độ điền đầy của các mẫu vật đúc. Tiến hành thí
nghiệm soi kim tương để xác định kích thước hạt của các mẫu. Các bước được
thực hiện như sau:
Bước 1: Chọn vị trí soi kim tương và cắt mẫu.
Bước 2: Thí nhiệm soi kim tương.
Bước 3: Phân tích ảnh soi kim tương bằng phần mềm ImageJ để
được kích thước hạt.
Bước 4: Vẽ đường công phân bố kích thước hạt cho từng mẫu và
xác định kích thước hạt chiếm đa số của từng mẫu.
Bước 5: Vẽ biểu đồ ảnh hưởng của rung đến kích thước hạt, và
nhận xét về cấu trúc nhánh cây của từng mẫu.

55


4.9.2. Chọn vị trí soi kim tương:
Do vật đúc có dạng bật với kích thước các bật đã cho ở trên, nên vấn
đề đặt ra là chọn một bật, cũng như vị trí mặt phẳng trên bật đó để tiến hành
soi kim tương.
Xét thấy các bật 5, 6 quá mỏng nên thời gian đông đặc nhanh ảnh
hưởng của rung chưa rõ ràng, bật 4 có lỗ cũng không nên sử dụng. Các bật 1,
2, 3 đều có thể dùng cho thí nghiệm soi kim tương nhưng kích thước của bật 1,
2 quá lớn, tốn thời gian để đông đặc hoàn toàn, và khó khăn trong công đoạn
mài chuẩn bị mặt soi kim tương. Vì bật được chọn cho thí nghiệm soi kim
tương là bật 4. Vị trí chụp ảnh tế vi là tâm của mặt soi kim tương nhằm đảm
bảo so sánh giữa các mẫu đục chính xác nhất.

Vị trí và mặt soi kim tương được chọn như ảnh bên dưới.

Hình 4.20 Chọn mặt soi kim tương
Nguyên nhân chọn vị trí trên để soi kim tương:
 Chuẫn hóa vị trí soi kim tương để có thể so sách khác quan
ảnh hưởng của rung đến cấu trúc tế vi của vật đúc, đặc trưng là kích thước hạt.


Dựa trên cấu trúc tinh thể của vật đúc:

56


Hình 4.21 Cấu trúc thỏi đúc[25]
Vùng được chọn làm thí nghiệm soi kim tương không nên chọn
vùng 1 vì không đặc trung cho ảnh hưởng của rung. Vùng 2 và 3 đều có thể
dùng, nên mặt soi kim tương sẽ được lấy cách mặt ngoài vật đúc một khoảng.

tốt hơn khi mài.

Kích thước mẫu soi kim tương 2x2cm giúp việc giữ mẫu

4.9.3. Thí nghiệm soi kim tương:
a. Cắt mẫu:
Mẫu được cắt theo các kích thước đã xác định ở trên. Đùng thiết
bị chuyên dùng để cắt mẫu.
Yêu cầu trong quá trình cắt mẫu phải có nước làm nguôi, tránh
thay đổi tổ chức hợp kim.
b. Mài mẫu:
Mẫu được mài bằng giấy nhám, từ thô đến tinh. Các giấy nhám

thường được đánh số từ nhỏ đến lớn, số càng lớn độ hạt càng mịn.
Các giấy nhám được sử dụng trong thí nghiệm có số lần lược là:
400, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000 đảm bảo độ phẳng của bề mặt cho công
đoạn đánh bóng tiếp theo.
Giấy nhám cần được đặt lên bề mặt thật phẳng hoặc một tấm kính
dày. Bề mặt mẫu phải áp sát vào giấy. Khi mài tiến hành theo một chiều, sau
khi tạo ra bề mặt tương đối phẳng, có các vết xước song song đều nhau, quay
57


mẫu đi 90o và mài tiếp khi nào hệ xươc mới xóa hết các hệ xước củ thì quay
90o và mài tiếp. Mỗi giấy nhàm mài 3  5 lần.
c. Đánh bóng:
Sau khi mẫu đã mài xong giây nhám 2000 tiến hành đánh bóng.
Chất đánh bóng sử dụng bột Cr2O3 và nước. Cần đánh bóng đến khi bề mặt
mẫu sáng, khi soi dưới kính hiển vi vết xước còn rất ít thì tiến hành tẩm thực
mẫu.
d. Tẩm thưc:
Để xem cấu trúc tế vi của mẫu phải tiến hành tẩm thực mẫu. tẩm
thực là quá trình ăn mòn bề mặt mẫu bằng các dung dịch hóa học thích hợp,
gọi là dung dịch tẩm thực. Khi tẩm thực, biên giới các pha, các vùng tổ chức
sẽ bị ăn mòn, nhưng với các tốc độ khác nhau. Sau khi tẩm thực bề mặt mẫu sẽ
lồi, lõm tương ứng với các pha và các tổ chức khác nhau. Nên có thể nhận biết
được hình dạng, kích thước và sự phân bố các pha.
Dung dịch tẩm thực, theo tham khảo một số tài liệu, sử dụng cho
hợp kim trong luận văn này có thành phần tính cho 100ml dung dịch:
1mlHF+1,5mlHCl+2,5mlHNO3 +H2O. Vì nhôm và các hợp kim của nhôm bị
ăn mòn mạnh trong dung dịch HF, đặt biệt khi có mặt HCl và HNO3 tốc độ
tăng rất nhanh.
Thời gian tẩm thực cần được khảo xác để có thời gian tẩm thực

tối ưu cho mẫu. việc khảo sát được thực hiện qua các bước:
Bước 1: Chọn một mẫu đại điên trong số các mẫu thí ngiệm soi
kim tương là mẫu khảo sát, mẫu được chọn ngẫu nhiên do các mẫu có thành
phân giống nhau.
Bước 2: Tiến hành tẩm thực ở các thời gian khac nhau 10s, 20s,
30s, 40s, 50s, 60s. Sau mỗi lần thí nghiệm phải mài và đánh bóng lại.
Bước 3: Tìm thời gian mà mẫu hiện tổ chức rõ nhất, có thể phân
biệt biên giới hạt, làm thời gian tẩm thực cho các mẫu còn lại.
Theo thí nghiêm đã tiến hành thì mẫu có thời gian tẫm thực tốt
nhất nằm trong khoảng 40s  50s, nên thời gian tẩm thực cho các mẫu còn lại sẽ
nằm trong khoảng này tùy từng mẫu.
Khi tẩm thực xong nếu mẫu vẫn không hiện rõ thì tốt nhất là thực
hiện lại việc tẩm thực ở thời gian đài hơn. Có thể tẩm thực quá tay để hạt được
58


hiên rõ, tuy nhiên lúc này mẫu sẽ bị mờ không tương phản tốt, cần đánh bóng
sơ lại thì mẫu sẽ tương phản tốt hơn mà không ảnh hưởng đến tổ chức tế vi
của mẫu.
Một số lưu ý khi tẩm thực: sau tẩm thực phải rữa sạch bằng nước
sạch, dùng bông lao kỹ trên bề mặt, nếu được nước cất thì tốt nhất. Sau đó
dùng bông khô lao khô bề mặt và sấy. Nếu sau khi tẩm thực mà không thể
chụp ảnh kim tương, cần bảo quản trong hộp kín và có gói hút ẩm, có thể giữ
mẫu không bị hư trong vài ngày.
4.9.4. Phân tích ảnh và đo kích thước hạt:
a. Đánh giá tồn tại của tổ chức nhánh cây trên ảnh:
Đối với hợp kim này, rất dễ tìm thấy tổ chứa nhánh cây của pha α
và Si. Đánh giá sơ bộ số lượng nhánh cây, hình dạng và kích thước.
b. Đo và đánh giá kích thươc hạt của các mẫu từ đó có được
nhận xét về ảnh hưởng của rung đến tổ chức tế vi:

Sử dụng phần mềm phân tích hạt ImageJ như đã nói ở trên để phân
tích kích thước hạt. Kết quả xuất ra là một bảng số liệu thống kê. Sau khi loại
bỏ các số liệu sai, sử dụng phần mêm thống kê vẽ đường công phân bố kích
thước hạt và tìm kích thước hạt đặc trung của mẫu.
Từ các số liệu thu được có thể dánh giá ảnh hưởng của rung đến tổ
chức tế vi và độ điền đầy trong công nghệ đúc mẫu hóa khí.
5. Chương 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
Đúc thăm đò:
Đúc hai mẫu thăm dò để đánh giá sơ bộ về tác động của rung. Tiến
hành đúc một mẫu không rung (MKR) 0Hz và một mẫu rung ở tần số 30Hz
(MR), các thông số khác đều giống nhau ở hai mẫu.

5.1.

59


5.1.1.

Kết quả thí nghiệm thăm dò:

(a)

(b)

Hình 5.1 Hai mẫu đúc thăm dò: mẫu (a) mẫu không rung 0Hz; mẫu (b) mẫu
rung 30Hz
Quan sát trên ảnh 2 vật đúc trong thí nghiệm thâm dò, dễ nhận thấy độ
điền của mẫu rung ở 30Hz cao hơn mẫu không rung. Rung ở tần số 30Hz đã
có tác dụng tăng độ điền đây của vật đúc.


60