vii MC LC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận của ging viên hướng dẫn Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Lời cm t iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các hình xi Danh sách các bng xiii C. TNG QUAN 1 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết qu nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 1 1.1.1 Các phương pháp gia công áp lực truyền thống 1 viii 1.1.2 Các phương pháp gia công biến dng dẻo mãnh liệt (severe plastic deformation – SPD) 2 1.1.3 Nhận xét chung và hướng nghiên cứu của đề tài 7 1.2 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu của đề tài 9 1.2.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài 9 1.2.2 Khách thể và đối tượng nghiên cứu của đề tài 10 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hn của đề tài 10 1.3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 10 1.3.2 Giới hn của đề tài 10 1.4 Phương pháp nghiên cứu 10  LÝ THUYT 11 2.1 Cơ sở phương pháp phần tử hữu hn 11 2.1.1 Giới thiệu về phần tử hữu hn 11 2.1.2 Phương pháp gii bài toán bằng phần tử hữu hn 13 2.2 Phương trình Hall-Petch 13 2.2.1 Lịch sử 13 2.2.2 Phương trình Hall-Petch 13 2.2.3 Ý nghĩa của phương trình trong phương pháp SPD 14 2.3 Các hiện tượng và các yếu tố nh hưởng đến độ ht của kim loi khi gia công biến dng dẻo 14 2.3.1 Các hiện tượng 14 2.3.2 Các yếu tố nh hưởng đến độ ht sau kết tinh li 18 2.4 Giới thiệu về phần mềm ABAQUS 19 2.4.1 Giới thiệu 19 2.4.2 Các sn phẩm của Abaqus 20 2.4.3 Giao diện làm việc của Abaqus 21 2.4.4 Sơ đồ khối của Abaqus để gii bài toán bằng phần tử hữu hn 22 ix C 3. CÁC MÔ HÌNH NGHIÊN CU VÀ THÔNG S TRONG QUÁ TRÌNH MÔ PHNG TWVR BNG FEM 24 3.1 Các mô hình nghiên cứu 24 3.1.1 Mô hình hình học 24 3.1.2 Mô hình vật liệu 25 3.1.3 Mô hình nhiệt độ 26 3.2 Các thông số trong quá trình mô phỏng TWVR 28 3.2.1 Các thông số về hình học và chuyển động 28 3.2.2 Các thông số vật liệu phôi Al 5052 29 3.2.3 Các thông số nhiệt và các thông số khác 30 C 4. XÂY DNG MÔ HÌNH MÔ PHNG FEM C CÁN U TIÊN 31 4.1 Thiết kế bn vẽ 2D 31 4.2 Xây dựng mô hình 3D và chia lưới cho phôi 32 4.3 Xây dựng mô hình 3D hoàn chỉnh 33 C 5. KT QU VÀ THO LUU TIÊN 34 5.1 Sự phân bố biến dng dẻo tương đương (PEEQ) 34 5.2 Sự giãn rộng của phôi 41 5.3 Nhiệt độ của phôi 42 C 6. XÂY DNG MÔ HÌNH MÔ PHNG FEM VÀ KT QU THO LUN QUA BC CÁN 47 6.1 Xây dựng mô hình mô phỏng qua bốn bước cán 47 6.2 Kết qu và tho luận qua bốn bước cán 49 6.2.1 Sự giãn rộng của phôi 49 6.2.2 Nhiệt độ của phôi 50 C 7. KT LUN   NGH 52 7.1 Kết luận 52 x 7.1.1 Qua bước cán đầu tiên 52 7.1.2 Qua bốn bước cán 53 7.1.3 Tổng kết 53 7.2 Đề nghị 53 7.2.1 Các vấn đề còn tồn ti 53 7.2.2 Hướng phát triển của đề tài 53 TÀI LIU THAM KHO 57 PH LC 61  SPD: Severe Plastic Deformation ECAP: Equal Channel Angular Pressing HTP: High-pressure torsion ARB: Accumulative Roll-Bonding RCS: Repetitive Corrugation and Straightening ECAR: Equal Channel Angular Rolling ECAP-Comform: Equal Channel Angular Pressing-Conform HRDSR: High-Ratio Differental Speed Rolling TWVR: Through-Width Vibration Rolling xi FEM: Finite Element Method CAE: Computer Aided Engineering CAD: Computer Aided Design ASTM: American Society for Testing and Materials DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý các phương pháp gia công áp lực truyền thống (a) cán; (b) kéo; (c) ép trực tiếp và gián tiếp; (d) rèn khuôn; (e) dập; (f) chồn 2 Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý các phương pháp SPD nhóm thứ nhất (a) ECAP; (b) HPT 3 Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý các phương pháp SPD nhóm thứ hai (a) ARB; (b) RCS; (c) ECAR; (d) ECAP-Conform; (e) HRDSR; (f) TWVR 5 Hình 1.4: Quá trình cán tích hợp dao động ngang của trục cán (TWVR) 8 Hình 1.5: Quá trình thực nghiệm TWVR (a) Máy móc; (b) Gia công; (c) Kết qu xii bề rộng 8 Hình 1.6: Sự biến thiên độ bền trong phương pháp TWVR 9 Hình 2.1: nh hưởng của lệch trong các ht có kích thước khác nhau đến độ bền của vật liệu 14 Hình 2.2: Sai lệch điểm trong mng tinh thể (a) Nút trống; (b) Nguyên tử xen kẽ ; (c) Nguyên tử tp chất 15 Hình 2.3: Lệch trong mng tinh thể (a) Lệch biên; (b) Lệch xoắn; (c) Lệch hỗn hợp 16 Hình 2.4: Sai lệch mặt trong mng tinh thể (a) Biên giới ht; (b) Biên giới siêu ht do tường lệch 16 Hình 2.5: Giao diện làm việc của Abaqus 6.10 (2010) 21 Hình 2.6: Sơ đồ khối thông tin yêu cầu của phần mềm phần tử hữu hn Abaqus 22 Hình 3.1: Mô hình hình học của TWVR 24 Hình 3.2: Sơ đồ mô hình nhiệt và điều kiện biên nhiệt của quá trình TWVR 26 Hình 3.3: Các đường cong ứng suất-biến dng của Al 5052 trong TWVR 29 Hình 4.1: Bn vẽ 2D cho bước cán đầu tiên 31 Hình 4.2: Phôi được chia (a) 1800 phàn tử; (b) 5120 phần tử; (c) 19200 phần tử 33 Hình 4.3: Mô hình 3D hoàn chỉnh ở bước cán đầu tiên 33 Hình 5.1: Sự phân bố biến dng dẻo tương đương (a) toàn bộ phôi; (b) một đon giữa phôi 35 Hình 5.2: Biến dng dẻo tương đương của đon phôi nằm giữa phôi khi cán qua đầu tiên: (a) 0 mm; (b) 0,5 mm; (c) 1 mm; (d) 1,5 mm; (e) 2 mm; (f) 2,5 mm; (g) 3 mm 39 Hình 5.3: Đồ thị PEEQ max qua bước cán đầu tiên 40 Hình 5.4: Đồ thị kết qu sự giãn rộng của phôi cán qua bước cán đầu tiên 41 Hình 5.5: Nhiệt độ của phôi khi cán qua bước đầu tiên ứng với các biên độ dao động: (a) 0 mm; (b) 0,5 mm; (c) 1 mm; (d) 1,5 mm; (e) 2 mm; (f) 2,5 mm; (g) 3 mm 45 Hình 5.6: Kết qu nhiệt độ qua bước cán đầu tiên 46 Hình 6.1: Bn vẽ 2D cho bốn bước cán 47 xiii Hình 6.2: Mô hình 3D hoàn chỉnh qua bốn bước cán (a) Mô hình 3D hoàn chỉnh ban đầu; (b) Kết qu của trường hợp 1,5 mm 48 Hình 6.3: Đồ thị kết qu sự giãn rộng của phôi cán qua bốn bước cán 49 Hình 6.4: Kết qu nhiệt độ phôi qua bốn bước cán 50 Hình 7.1: Kết qu biến dng dẻo tương đương trường hợp biên độ dao động trục cán dưới là 1,5 mm: (a) phương pháp TWVR; (b) phương pháp mới 54 Hình 7.2: Kết qu nhiệt độ của phôi trường hợp biên độ dao động trục cán dưới là 1,5 mm: (a) phương pháp TWVR; (b) phương pháp mới 55  BNG TRANG Bng 3.1: Mô đun đàn hồi E, hệ số Poisson ν của Al 5052 30 Bng 3.2: Các thông số nhiệt và các thông số khác của Al 5052 30 xiv Luận văn cao học GVHD : TS. Phạm Huy Tuân HVTH : Trần Quốc Cưng 1   1.1 u trong và ngoài   Gia công kim loại bằng áp lực thực chất là lợi dụng tính dẻo của kim loại để làm thay đổi hình dạng, kích thước của kim loại dưới tác dụng của ngoại lực. So với phương pháp đúc, gia công biến dạng kim loại tạo ra sản phẩm có độ bền cao hơn, chịu lực tốt hơn, độ chính xác, độ nhẵn bóng bề mặt cao hơn, tiết kiệm kim loại và năng suất lao động cao hơn (Nguyễn Văn Thái, 2006). Trong năm 2012, sản phẩm thép chưa qua gia công toàn cầu đạt 1,54 tỷ tấn (httpμ//www.worldsteel.org). Điều này kéo theo việc sử dụng một số lượng lớn các phương pháp gia công cho các loại vật liệu nói chung và thép nói riêng. Các phương pháp gia công này bao gồm đúc, rèn, hàn… Tuy nhiên, có thể thấy rằng hơn 70% các sản phẩm kim loại được sản xuất bi công nghệ cán  dạng này hoặc dạng khác. Vì vậy, có thể thấy tầm quan trọng đặc biệt của các công nghệ cán sử dụng cho việc tạo hình kim loại (Hailiang et al., 2013). Sơ đồ nguyên lý các phương pháp gia công áp lực truyền thống được thể hiện trong Hình 1.1. (a) (b) (c) Luận văn cao học GVHD : TS. Phạm Huy Tuân HVTH : Trần Quốc Cưng 2 (d) (e) (f) Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các phương pháp gia công áp lực truyền thống (a) cán; (b) kéo; (c) ép trực tiếp và gián tiếp; (d) rèn khuôn; (e) dập; (f) chồn Nguồn: (Nguyễn Văn Thái, 2006; Võ Trần Khúc Nhã (biên dịch), 2007) Sau khi qua các phương pháp gia công áp lực truyền thống để tạo hình và phôi thì kim loại có xu hướng biến cứng, hóa bền nhưng độ dẻo và độ dai bị giảm hay có xu hướng biến giòn (Nghiêm Hùng, 2010). Vì vậy, hiện nay trên thế giới cũng như  nước ta đã và đang nghiên cứu công nghệ mới để tạo ra vật liệu có độ bền cao nhưng không làm giảm độ dai của vật liệu. Đó là công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt.  (severe plastic deformation  SPD) Các phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (SPD) được định nghĩa là các quá trình gia công kim loại với biến dạng dẻo rất lớn để tạo ra kim loại có hạt siêu mịn (kích thước hạt trung bình nhỏ hơn 1 m). Mục đích của các phương pháp SPD cho việc tạo ra kim loại có hạt siêu mịn là sản xuất ra các chi tiết có khối lượng nhẹ hơn do đặc tính độ bền cao của nó và sự thân thiện với môi trưng. Các hạt có kích thước nhỏ làm cho độ bền kéo tăng lên mà không làm giảm độ dai va đập của kim loại, điều này khác so với các phương pháp hóa bền như là xử lý nhiệt (Azushima et al., 2008). Các quá trình gia công SPD có thể được chia thành hai nhóm chính. Nhóm thứ nhất bao gồm các phương pháp SPD cho quá trình gia công các kim loại khối không [...]... Nghiên cứu phương pháp cán tích hợp dao động dọc trục của trục cán bằng FEM để kiểm chứng với thực nghiệm nhằm tìm hiểu các tác động cơ-nhiệt đã xảy ra trên phôi để giải thích vấn đề sự biến thiên độ bền của vật liệu theo sự gia tăng biên độ dao HVTH : Trần Quốc Cư ng 9 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân động của trục cán và được sử dụng như là một phương pháp định hướng để tối ưu hóa các thông... dụng bị giới hạn do kích thước có thể của phôi nhỏ (Azushima et al., 2008) Hầu như các quá trình này biến dạng do trượt chưa đủ (HRDSR), chất lượng bề mặt xấu và sự phức tạp trong quá trình gia công (Hsieh et al., 2009, 2012) Một phương pháp SPD mới làm cho độ bền vật liệu cao hơn hẳn các phương pháp trước đã được các nhà khoa học Đài Loan nghiên cứu là phương pháp cán tích hợp dao động ngang của trục. .. thiên độ bền của vật liệu theo sự gia tăng biên độ dao động của trục cán vẫn chưa được giải thích (xem Hình 1.6) Hình 1.6 Sự biến thiên độ bền trong phương pháp TWVR Nguồn: (Hsieh, 2009)  Việc nghiên cứu công nghệ này bằng phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method, FEM) là rất cần thiết cho việc giải thích vấn đề trên và định hướng để tối ưu các thông số thực nghiệm Các kết quả của FEM được dùng... Rolling, ECAR) của Lee et al (2003), quá trình tương ứng ép kim loại qua góc kênh không đổi (Equal Channel Angular Pressing-Conform, ECAP-Comform) của Raab et al (2004), cán kim loại với vận tốc hai trục cán khác nhau với tỷ lệ cao (High-Ratio Differental Speed Rolling, HRDSR) của Kim et al (2006) và phương pháp gần đây nhất là cán kim loại với sự tích hợp dao động dọc trục của trục cán (Through-Width... Quang Phương pháp SPD được nghiên cứu chủ yếu trong nước là ép kim loại qua góc kênh không đổi (ECAP) vì phương pháp này khá đơn giản và phù hợp với điều kiện nghiên cứu nước ta Các công trình đã được công bố trong nước chủ yếu theo hướng mô hình hóa và mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn (Phạm Quang, Đào Minh Ngừng và Đỗ Minh Nghiệp, 2010) Một số ít các công trình theo hướng thực nghiệm như: nghiên. .. ngang của trục cán (Through-Width Vibration Rolling – TWVR, 2009) (Hsieh et al., 2009, 2012) Phương pháp mới này có thể cải thiện đặc tính cơ học của vật liệu do tạo ra thêm được ứng suất cắt tác dụng lên phôi do ma sát giữa phôi và các trục cán khi trục cán dưới dao động dọc theo hướng vuông góc với hướng cán (xem Hình 1.4) Hai trục cán (rollers) quay ngược nhau và được điều khiển bằng động cơ thủy... ng nghiên c u c a đ tài Quá trình cán tích hợp dao động dọc trục của trục cán 1.3 Nhi m v c a đ tƠi vƠ gi i h n c a đ tƠi 1.3.1 Nhi m v c a đ tƠi - Xây dựng lại mô hình thực nghiệm bằng phần mềm về phương pháp phần tử hữu hạn là phần mềm mô phỏng số ABAQUS 6.10 (2010) với Abaqus/Explicit - Phân tích các tác động cơ-nhiệt trên phôi để kiểm chứng với các kết quả thực nghiệm - Từ các kết quả phân tích. .. motors) Bên cạnh quay, trục cán dưới đồng th i dao động ngang dọc trục và cũng được điều khiển b i động cơ thủy lực Cả hai trục cán đều có đư ng kính 150 HVTH : Trần Quốc Cư ng 7 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân mm và được điều khiển quay với vận tốc không đổi 2 vòng/phút Trục cán dưới dao động ngang với tần số không đổi 5 Hz và biên độ dao động được thay đổi từ 0 đến 3 mm Phôi cán có kích thước... dạng Một phương pháp mới đã được chứng minh là có thể sản xuất các tấm kim loại với bề mặt lớn có cấu trúc hạt siêu mịn là HRDSR, được nghiên cứu b i Kim et al (2006) Nguyên lý HVTH : Trần Quốc Cư ng 5 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân của phương pháp này được thể hiện trong Hình 1.3e Phương pháp HRDSR là phương pháp cán truyền thống nhưng vận tốc của hai trục cán là khác nhau Phôi được cán qua... còn trục cán được xem là bề mặt cứng tuyệt đối và không được chia lưới + Đề tài không nghiên cứu hết tất cả các trư ng hợp của quá trình thực nghiệm mà chỉ tập trung vào một trư ng hợp Đó là trư ng hợp phôi được gia nhiệt 200 oC trước khi gia công Các trư ng hợp khác trong thực nghiệm, phôi được gia nhiệt trước khi gia công là 100 oC, 150 oC và 250 oC 1.4 Ph ng pháp nghiên c u - Nghiên cứu, phân tích . Mu ca  tài Nghiên cứu phương pháp cán tích hợp dao động dọc trục của trục cán bằng FEM để kiểm chứng với thực nghiệm nhằm tìm hiểu các tác động cơ-nhiệt đã xảy ra trên phôi. trục cán khác nhau với tỷ lệ cao (High-Ratio Differental Speed Rolling, HRDSR) của Kim et al. (2006) và phương pháp gần đây nhất là cán kim loại với sự tích hợp dao động dọc trục của trục cán. thể và đối tượng nghiên cứu của đề tài 10 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hn của đề tài 10 1.3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 10 1.3.2 Giới hn của đề tài 10 1.4 Phương pháp nghiên cứu 10 