Nghiên cứu công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt bằng phương pháp cán tích hợp dao động dọc trục của rulo

22 584 0
Nghiên cứu công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt bằng phương pháp cán tích hợp dao động dọc trục của rulo

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ BIẾN DẠNG DẺO MÃNH LIỆT BẰNG PHƯƠNG PHÁP CÁN TÍCH HỢP DAO ĐỘNG DỌC TRỤC CỦA RULO S K C 0 9 MÃ SỐ: T2014-30TĐ S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ BIẾN DẠNG DẺO MÃNH LIỆT BẰNG PHƯƠNG PHÁP CÁN TÍCH HỢP DAO ĐỘNG DỌC TRỤC CỦA RULO Mã số: T2014-30TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS Phạm Huy Tuân Thành viên đề tài: ThS Trần Quốc Cường TP HCM, 11/2014 MỤC LỤC Trang Mục lục I Danh sách chữ viết tắt III Danh mục hình IV Danh mục bảng VI Thông tin kết nghiên cứu VII PHẦN A TỔNG QUAN 1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu Tính cấp thiết Mục tiêu Cách tiếp cận Phương pháp nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 PHẦN B KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 11 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 1.1 Cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn 11 1.2 Phương trình Hall-Petch 13 1.3 Các tượng yếu tố ảnh hưởng đến độ hạt kim loại gia công 14 biến dạng dẻo 14 1.4 Giới thiệu phần mềm ABAQUS 18 CHƯƠNG CÁC MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ THÔNG SỐ TRONG QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG TWVR BẰNG FEM 24 2.1 Các mô hình nghiên cứu 24 2.1.1 Mô hình hình học 24 2.1.2 Mô hình vật liệu 24 2.1.3 Mô hình nhiệt độ 25 2.2 Các thông số trình mô TWVR 28 2.2.1 Các thông số hình học chuyển động 28 2.2.2 Các thông số vật liệu phôi Al 5052 28 Trang i 2.2.3 Các thông số nhiệt thông số khác 29 CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG FEM CHO BƯỚC CÁN ĐẦU TIÊN 31 3.1 Thiết kế vẽ 2D 31 3.2 Xây dựng mô hình 3D chia lưới cho phôi 31 3.3 Xây dựng mô hình 3D hoàn chỉnh 33 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN QUA BƯỚC CÁN ĐẦU TIÊN 34 4.1 Sự phân bố biến dạng dẻo tương đương (PEEQ) 34 4.2 Sự giãn rộng phôi 41 4.3 Nhiệt độ phôi 42 CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG FEM VÀ KẾT QUẢ THẢO LUẬN QUA BỐN BƯỚC CÁN 47 5.1 Xây dựng mô hình mô qua bốn bước cán 47 5.2 Kết thảo luận qua bốn bước cán 49 5.2.1 Sự giãn rộng phôi 49 5.2.2 Nhiệt độ phôi 50 CHƯƠNG KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 52 6.1 Kết luận 52 6.1.1 Qua bước cán 52 6.1.2 Qua bốn bước cán 52 6.1.3 Tổng kết 53 6.2 Kiến nghị 53 6.2.1 Các vấn đề tồn 53 6.2.2 Hướng phát triển đề tài 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC Ví dụ “mô cán 2D” với Abaqus/Explicit 60 PHỤ LỤC Hướng dẫn cao học 63 PHỤ LỤC Bài báo tham dự hội nghị, tạp chí nước 64 PHỤ LỤC Bản thuyết minh đề tài phê duyệt 65 Trang ii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT 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 FEM : Finite Element Method CAE : Computer Aided Engineering CAD : Computer Aided Design ASTM : American Society for Testing and Materials Trang iii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình Sơ đồ nguyên lý phương pháp gia công áp lực truyền thống Hình Sơ đồ nguyên lý phương pháp SPD nhóm thứ (a) ECAP; (b) HPT .3 Hình Sơ đồ nguyên lý phương pháp SPD nhóm hai Hình Quá trình cán tích hợp dao động ngang trục cán (TWVR) Hình Quá trình thực nghiệm TWVR Hình Sự biến thiên độ bền phương pháp TWVR Hình 1 Ảnh hưởng lệch hạt có kích thước khác đến độ bền vật liệu 13 Hình Sai lệch điểm mạng tinh thể 14 Hình Lệch mạng tinh thể 15 Hình Sai lệch mặt mạng tinh thể 16 Hình Giao diện làm việc Abaqus 6.10 (2010) 21 Hình Sơ đồ khối thông tin yêu cầu phần mềm phần tử hữu hạn Abaqus .22 Hình Mô hình hình học TWVR 24 Hình 2 Sơ đồ mô hình nhiệt điều kiện biên nhiệt trình TWVR 26 Hình Các đường cong ứng suất-biến dạng Al 5052 TWVR 29 Hình Bản vẽ 2D cho bước cán 31 Hình Phôi chia (a) 1800 phần tử; (b) 5120 phần tử; (c) 19200 phần tử .32 Hình 3 Mô hình 3D hoàn chỉnh bước cán 33 Hình Sự phân bố biến dạng dẻo tương đương 35 Hình Biến dạng dẻo tương đương thớ phôi nằm phôi cán qua bước 39 Hình Đồ thị PEEQ max qua bước cán 40 Trang iv Hình 4 Đồ thị kết giãn rộng phôi cán qua bước cán 41 Hình Nhiệt độ phôi cán qua bước ứng với biên độ dao động .45 Hình Kết nhiệt độ qua bước cán 46 Hình Bản vẽ 2D cho bốn bước cán 47 Hình Mô hình 3D hoàn chỉnh qua bốn bước cán 48 Hình Đồ thị kết giãn rộng phôi cán qua bốn bước cán 49 Hình Kết nhiệt độ phôi qua bốn bước cán 50 Hình Kết biến dạng dẻo tương đương trường hợp biên độ dao động trục cán 1,5 mm: (a) phương pháp TWVR; (b) phương pháp 54 Hình Kết nhiệt độ phôi trường hợp biên độ dao động trục cán 55 Trang v DANH MỤC CÁC BẢNG BẢNG Trang Bảng Mô đun đàn hồi E, hệ số Poisson ν Al 5052 29 Bảng 2 Các thông số nhiệt thông số khác Al 5052 30 Trang vi TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ MÁY Tp HCM, ngày tháng 11 năm 2014 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt phương pháp cán tích hợp dao động dọc trục rulo - Mã số: T2014-30TĐ - Chủ nhiệm: TS Phạm Huy Tuân - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 12 tháng (từ tháng 11/2013 đến tháng 11/2014) Mục tiêu: — Nghiên cứu phương pháp cán tích hợp dao động dọc trục trục cán phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để kiểm chứng với thực nghiệm nhằm tìm hiểu tác động cơ-nhiệt xảy phôi — Mục tiêu đề tài nhằm giải thích tượng biến thiên độ bền vật liệu theo gia tăng biên độ dao động trục cán Từ đưa đề nghị cải tiến công nghệ bao gồm mặt thiết bị thông số gia công cho công nghệ gia công biến dạng dẻo mãnh liệt TWVR Tính sáng tạo: — Công nghệ gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (SPD) với mục đích tạo kim loại có hạt siêu mịn nhằm làm tăng độ bền không làm giảm độ dai va đập nhận nhiều quan tâm từ nhà công nghiệp Một công nghệ SPD vừa nghiên cứu công nghệ cán có tích hợp dao động dọc trục rulo (TWVR) Những thực nghiệm ban đầu công nghệ chứng minh độ bền kéo kim loại tăng 18,5% so với phương pháp cán truyền thống Đây số đáng quan tâm để đầu tư thêm công sức nhằm nghiên cứu hoàn thiện công nghệ gia công kim loại hướng đến mục tiêu chuyển giao công nghệ cho nhà máy Kết nghiên cứu: Trang vii — Đề tài nghiên cứu phân tích kỹ mô hình lý thuyết kết hợp mô giúp giải thích tượng biến thiên độ bền thông số gia công thay đổi — Kết nghiên cứu giúp cho việc chọn lựa thông số công nghệ tối ưu gia công với loại vật liệu khác đề xuất thêm phương pháp gia công SPD tiến hành tương lai Sản phẩm: 3.1 Sản phẩm khoa học [1] Huy-Tuan Pham, Quoc-Cuong Tran, Dung-An Wang, Numerical Analysis of the Through-Width Vibration Rolling Process, The 3rd International Conference on Sustainable Energy, Ho Chi Minh University of Technology, pp 102-107, 2013 [2] Pham H.T., Tran Q.C, Wang D.A., Numerical Analysis of the Through-Width Vibration Rolling Process, International Journal of Advanced Transport Phenomena, Vol 02, No 01, Jan-Dec 2013, pp 21-24 [3] Pham H.T., Tran Q.C., Recent Development for Industrial-Scale Plastic Deformation Processes, The 2nd International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD2014), HCM city University of Technology and Education, Oct 30th – 31st, HCM city, Vietnam, pp 151156, 2014 [4] Phạm Huy Tuân, Trần Quốc Cường, Wang Dung An, Nghiên Cứu Quá Trình Biến Dạng Và Trao Đổi Nhiệt Của Công Nghệ Cán Tích Hợp Dao Động Dọc Trục Của Trục Cán, Tạp chí Khoa học & Công nghệ trường ĐHKT (Submitted) 3.2 Sản phẩm đào tạo: Hướng dẫn thành công học viên cao học — Tên học viên: Trần Quốc Cường — Ngành : Kỹ thuật khí — Tên đề tài : “Nghiên cứu công nghệ SPD sử dụng phương pháp cán tích hợp Khóa: 2012-2014(B) dao động dọc trục trục cán FEM” — Điểm : 8.8 (Tám tám) 3.3 Sản phẩm ứng dụng — Sản phẩm ứng dụng code mô trình cán có tích hợp dao động doc trục rulo phần mềm ABAQUS Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Trang viii — Đề tài kết hợp tác hai nhóm nghiên cứu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nhóm nghiên cứu Giáo sư Wang Dung-An trường National Chung Hsing University, Đài Loan Mô hình máy thí nghiệm kết thực nghiệm tiến hành Đài Loan — Trong tương lai để chủ động việc chuyển giao công nghệ, cần tìm kiếm thêm nguồn quỹ nghiên cứu để lắp đặt hệ thống máy cán theo công nghệ TWVR Việt Nam Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài TS Phạm Huy Tuân Trang ix INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Numerical Analysis of the Through-Width Vibration Rolling Process Code number: T2014-30TĐ Coordinator: Pham Huy Tuan (Ph.D.) Implementing institution: HCMC University of Technology and Education Duration: from November 2013 to November 2014 Objective(s): — The through-width vibration rolling (TWVR) process, a novel severe plastic deformation (SPD) technique, is numerically analyzed to verify the experimental results from previous published papers — The aim of the research is to understand the thermal-deformation interaction occurring inside the sample This result is then used to explain the nonlinear variation of the tensile strength when the processing parameters are changed The result of the research could be used as an orientation method to optimize the TWVR processing parameters Creativeness and innovativeness: — Severe plastic deformation is a technology that can introduce ultrafine-grains (UFG) in materials UFG is an approach to produce high strength metal alloys which is sufficient in improving mechanical properties of many metallic alloys The early experimental results of the most recently studied through-width vibration rolling have shown that the tensile strength could be improved 18,5% compared with the conventional rolling process This interesting improvement is worth to invest more time and effort on this process before it could be transferred to industrial manufacturers Research results: — The correlation among the plastic deformation, heat generation and dissipation and mechanical properties of Al 5052 alloys processed by a multi-pass TWVR was studied by the coupled thermal-deformation analysis Trang x — The results of this research offer a virtual manufacturing tool to investigate all the nonlinear properties of TWVR It is supposed to reduce the cost of tooling, eliminate the need for multiple physical prototypes, and reduce material waste Products: 5.1 Science product [1] Huy-Tuan Pham, Quoc-Cuong Tran, Dung-An Wang, Numerical Analysis of the Through-Width Vibration Rolling Process, The 3rd International [2] [3] [4] Conference on Sustainable Energy, Ho Chi Minh University of Technology, pp 102-107, 2013 Pham H.T., Tran Q.C, Wang D.A., Numerical Analysis of the ThroughWidth Vibration Rolling Process, International Journal of Advanced Transport Phenomena, Vol 02, No 01, Jan-Dec 2013, pp 21-24 Pham H.T., Tran Q.C., Recent Development for Industrial-Scale Plastic Deformation Processes, The 2014 International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD2014), HCM city University of Technology and Education, Oct 30th – 31st, HCM city, Vietnam, pp 151-156, 2014 Phạm Huy Tuân, Trần Quốc Cường, Wang Dung An, Nghiên Cứu Quá Trình Biến Dạng Và Trao Đổi Nhiệt Của Công Nghệ Cán Tích Hợp Dao Động Dọc Trục Của Trục Cán, Tạp chí Khoa học & Công nghệ trường ĐHKT (Submitted) 5.2 Education product: — Successfully advise for a graduate student 5.3 Application product: — A computer programming code for the simulation of the through-width vibration rolling process in ABAQUS Effects, transfer alternatives of research results and applicability: — The research is a co-operation between two research groups from HCMC University of Technology and Education and National Chung Hsing University, Taiwan The experiment prototype and machine is installed in Taiwan — In the future, it is expected that this machine can be built in Vietnam in order to investigate some more processing parameters to perfect this technology Trang xi PHẦN A TỔNG QUAN Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.1 Các phương pháp gia công áp lực truyền thống Gia công kim loại áp lực thực chất lợi dụng tính dẻo kim loại để làm thay đổi hình dạng, kích thước kim loại tác dụng ngoại lực So với phương pháp đúc, gia công biến dạng kim loại tạo sản phẩm có độ bền cao hơn, chịu lực tốt hơn, độ xác, độ nhẵn bóng bề mặt cao hơn, tiết kiệm kim loại suất lao động cao (Nguyễn Văn Thái, 2006) Trong năm 2012, sản phẩm thép chưa qua gia công toàn cầu đạt 1,54 tỷ (http://www.worldsteel.org) Điều kéo theo việc sử dụng số lượng lớn phương pháp gia công cho loại vật liệu nói chung thép nói riêng Các phương pháp gia công bao gồm đúc, rèn, hàn… Tuy nhiên, thấy 70% sản phẩm kim loại sản xuất công nghệ cán dạng dạng khác Vì vậy, thấy tầm quan trọng đặc biệt công nghệ cán sử dụng cho việc tạo hình kim loại (Hailiang et al., 2013) Sơ đồ nguyên lý phương pháp gia công áp lực truyền thống thể Hình (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình Sơ đồ nguyên lý phương pháp gia công áp lực truyền thống (a) cán; (b) kéo; (c) ép trực tiếp gián tiếp; (d) rèn khuôn; (e) dập; (f) chồn Nguồn: (Nguyễn Văn Thái, 2006; Võ Trần Khúc Nhã (biên dịch), 2007) Sau qua phương pháp gia công áp lực truyền thống để tạo hình phôi kim loại có xu hướng biến cứng, hóa bền độ dẻo độ dai bị giảm hay có xu hướng biến giòn (Nghiêm Hùng, 2010) Vì vậy, giới nước ta nghiên cứu công nghệ để tạo vật liệu có độ bền cao không làm giảm độ dai vật liệu Đó công nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt 1.2 Các phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (severe plastic deformation – SPD) Các phương pháp gia công biến dạng dẻo mãnh liệt (SPD) định nghĩa trình gia công kim loại với biến dạng dẻo lớn để tạo kim loại có hạt siêu mịn (kích thước hạt trung bình nhỏ μm) Mục đích phương pháp SPD cho việc tạo kim loại có hạt siêu mịn sản xuất chi tiết có khối lượng nhẹ đặc tính độ bền cao thân thiện với môi trường Các hạt có kích thước nhỏ làm cho độ bền kéo tăng lên mà không làm giảm độ dai va đập kim loại, điều khác so với phương pháp hóa bền xử lý nhiệt (Azushima et al., 2008) Các trình gia công SPD chia thành hai nhóm Nhóm thứ bao gồm phương pháp SPD cho trình gia công kim loại khối không liên tục như: ép kim loại qua qua góc kênh không đổi (Equal Channel Angular Pressing, ECAP) đưa Segal (1977) sau Valiev, Krasilnikov Tsenev (1991) đề xuất phương pháp xoắn kim loại áp lực cao (High-pressure torsion, HTP) Nhóm thứ hai bao gồm phương pháp SPD cho việc gia công liên tục kim loại là: cán dính tích lũy (Accumulative Roll-Bonding, ARB) nghiên cứu Saito et al (1998), trình lặp lại gấp nếp nắn thẳng kim loại (Repetitive Corrugation and Straightening, RCS) khám phá Huang et al (2001), cán kim loại qua góc kênh không đổi (Equal Channel Angular Rolling, ECAR) Lee et al (2003), trình tương ứng ép kim loại qua góc kênh không đổi (Equal Channel Angular Pressing-Conform, ECAP-Comform) Raab et al (2004), cán kim loại với vận tốc hai trục cán khác với tỷ lệ cao (High-Ratio Differental Speed Rolling, HRDSR) Kim et al (2006) phương pháp gần cán kim loại với tích hợp dao động dọc trục trục cán (Through-Width Vibration Rolling, TWVR) Hsieh et al (2009, 2012) (a) (b) Hình Sơ đồ nguyên lý phương pháp SPD nhóm thứ (a) ECAP; (b) HPT Nguồn: (Segal, 1977; Valiev, Krasilnikov Tsenev, 1991) Nguyên lý gia công hai phương pháp nhóm thứ thể Hình ECAP (Hình 2(a)) phương pháp SPD đưa để sản xuất vật liệu có cấu trúc hạt siêu mịn thu hút nghiên cứu nhà khoa học năm gần (Valiev et al., 2000; Kim et al., 2004; P.Quang et al., 2009) Trong trình ECAP, kim loại ép qua hai kênh có tiết diện mặt cắt không đổi giao với góc Φ Kim loại bị biến dạng mãnh liệt bị biến dạng cắt khu vực giao hai kênh (khu vực ABC với góc khuôn Ψ) Trong phương pháp HPT (Hình 2b), kim loại bị nén với áp lực cao đến vài GPa đồng thời bị biến dạng xoắn Có thể thấy hai phương pháp tạo vật liệu (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình Sơ đồ nguyên lý phương pháp SPD nhóm hai (a) ARB; (b) RCS; (c) ECAR; (d) ECAP-Conform; (e) HRDSR; (f) TWVR Nguồn: (Saito 1998; Huang 2001; Lee 2003; Raab 2004; Kim 2006; Hsieh, 2009, 2012) với hạt siêu mịn hai chưa thể đưa sản xuất với quy mô lớn nhược điểm như: suất thấp kích cỡ phôi nhỏ Vì vậy, phương pháp nhóm thứ hai sau khắc phục nhược điểm có tiềm lớn cho việc sản xuất vật liệu có hạt siêu mịn với quy mô lớn Nhóm thứ hai bao gồm phương pháp SPD cho việc sản xuất vật liệu có hạt siêu mịn với kim loại phù hợp với quy mô công nghiệp như: ARB, RCS, ECAR, ECAP-Conform, HRDSR TWVR Nguyên lý gia công phổ biến phương pháp nhóm hai chủ yếu dựa vào kết hợp phương pháp cán truyền thống SPD để phù hợp cho việc sản xuất với quy mô lớn kim loại có hạt siêu mịn chúng thể Hình Các phương pháp như: ARB (Hình 3(a)), RCS (Hình 3(b)), ECAR (Hình 3(c)) ECAP-Conform (Hình 3(d)) phát triển để tạo kim loại có hạt siêu mịn Tuy nhiên, khả ứng dụng phương pháp quy mô công nghiệp thấp trình gia công phức tạp, chất lượng bề mặt vật liệu xấu, kích cỡ phôi nhỏ kim loại bị hạn chế độ lớn biến dạng Một phương pháp chứng minh sản xuất kim loại với bề mặt lớn có cấu trúc hạt siêu mịn HRDSR, nghiên cứu Kim et al (2006) Nguyên lý phương pháp thể Hình 3(e) Phương pháp HRDSR phương pháp cán truyền thống vận tốc hai trục cán khác Phôi cán qua bước cán với chiều dày giảm 70% Phôi bị biến dạng cắt lớn biến dạng đồng dọc theo hướng chiều dày Có thể thấy phương pháp HRDSR có tiềm lớn việc gia công hợp kim có độ bền cao hợp kim nhôm Hơn nữa, HRDSR trình gia công liên tục yêu cầu qua bước cán để tạo cấu trúc hạt siêu mịn bên vật liệu Phương pháp có nhiều ưu điểm phương pháp trước Tuy nhiên dù yêu cầu phôi qua bước cán chiều dày giảm lớn (70%) trình gia công phôi bị biến dạng cắt chưa đạt hiệu cao Các vấn đề khắc phục phương pháp phát triển gần TWVR (Hình 3(f)) giới thiệu nghiên cứu kỹ phần Ngoài phương pháp phương pháp cán lạnh (cryorolling) sử dụng gần để kết hợp với phương pháp SPD tạo vật liệu có hạt siêu mịn Cán lạnh trình xử lý đơn giản nhiệt độ thấp mà yêu cầu lực tác dụng tương đối nhỏ để gây biến dạng mãnh liệt nhằm tạo đặc tính cấu trúc vi kết tinh loại vật liệu Phương pháp sử dụng kỹ thuật cán phôi có nhiệt độ thấp nhiệt độ nitơ lỏng sử dụng rộng rãi để cải thiện tính chất vật liệu Cán lạnh đáp ứng tốt cho ứng dụng công nghiệp quy mô lớn vật liệu có cấu trúc nanô Cán lạnh xác định số đường tiềm để sản xuất hợp kim nhôm có hạt siêu mịn dạng khối Độ bền kéo độ dai vật liệu cải thiện loại bỏ trình hồi phục vật liệu suốt trình cán lạnh Hơn nữa, cán lạnh có nhiều thuận lợi việc yêu cầu biến dạng dẻo thấp hơn, quy trình sản xuất đơn giản khả sản xuất vật liệu cách liên tục (Hailiang et al., 2012) Hiện nước ta, có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực SPD mà đầu có nhiều công trình nghiên cứu công bố nước Viện Khoa Học Và Kỹ Thuật Vật Liệu thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Những đóng góp việc phát triển phương pháp Việt Nam nhà khoa học thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội như: GS TS Nguyễn Trọng Giảng, GS TS Đỗ Minh Nghiệp, PGS TS Đào Minh Ngừng, TS Phạm Quang Phương pháp SPD nghiên cứu chủ yếu nước ép kim loại qua góc kênh không đổi (ECAP) phương pháp đơn giản phù hợp với điều kiện nghiên cứu nước ta Các công trình công bố nước chủ yếu theo hướng mô hình hóa mô số phương pháp phần tử hữu hạn (Phạm Quang, Đào Minh Ngừng Đỗ Minh Nghiệp, 2010) Một số công trình theo hướng thực nghiệm như: nghiên cứu chế tạo số hợp kim hệ Ti Al cấu trúc mịn, siêu mịn nano phương pháp biến dạng dẻo mãnh liệt thực PGS TS Đào Minh Ngừng (hướng dẫn) Nguyễn Đăng Khoa thực từ năm 2011 1.3 Nhận xét chung hướng nghiên cứu đề tài Các phương pháp SPD như: ECAP, HTP, ARB, RCS, ECAR, ECAP-Conform tạo vật liệu kim loại có hạt siêu mịn với tính tốt lĩnh vực áp dụng bị giới hạn kích thước phôi nhỏ (Azushima et al., 2008) Hầu trình biến dạng trượt chưa đủ (HRDSR), chất lượng bề mặt xấu phức tạp trình gia công (Hsieh et al., 2009, 2012) Một phương pháp SPD làm cho độ bền vật liệu cao hẳn phương pháp trước nhà khoa học Đài Loan nghiên cứu phương pháp cán tích hợp dao động ngang trục cán (Through-Width Vibration Rolling – TWVR, 2009) (Hsieh et al., 2009, 2012) Phương pháp cải thiện đặc tính học vật liệu tạo thêm ứng suất cắt tác dụng lên phôi ma sát phôi trục cán trục cán dao động dọc theo hướng vuông góc với hướng cán (xem Hình 4) Hai trục cán (rollers) quay ngược điều khiển động thủy lực (hydraulic motors) Bên cạnh quay, trục cán đồng thời dao động ngang dọc trục điều khiển động thủy lực Cả hai trục cán có đường kính 150 mm điều khiển quay với vận tốc không đổi vòng/phút Trục cán dao động ngang với tần số không đổi Hz biên độ dao động thay đổi từ đến mm Phôi cán có kích thước 100x20x5 mm3 Quá trình tiến hành qua bước cán với bước cán chiều dày phôi giảm 40% Do đó, chiều dày cuối phôi cán khoảng 0,65 mm Vật liệu phôi tiến hành hợp kim nhôm Al5052 Hình Quá trình cán tích hợp dao động ngang trục cán (TWVR) Nguồn: (Hsieh et al., 2009, 2012) Một số hình ảnh trình thực nghiệm (xem Hình 5) (a) (b) (c) Hình Quá trình thực nghiệm TWVR (a) Máy móc, (b) Gia công, (c) Kết bề rộng Nguồn: (Hsieh, 2009) Nhưng kết thực nghiệm biến thiên độ bền vật liệu theo gia tăng biên độ dao động trục cán chưa giải thích (xem Hình 6) Hình Sự biến thiên độ bền phương pháp TWVR Nguồn: (Hsieh, 2009) Việc nghiên cứu công nghệ phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method, FEM) cần thiết cho việc giải thích vấn đề định hướng để tối ưu thông số thực nghiệm Các kết FEM dùng phương pháp định hướng cho trình thực nghiệm phôi thay đổi S K L 0 [...]... nghệ biến dạng dẻo mãnh liệt 1.2 Các phương pháp gia công 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 μm) Mục đích của các phương pháp SPD cho việc tạo ra kim loại có hạt siêu mịn là... 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 4) Hai trục cán (rollers) quay ngược nhau và được điều khiển bằng động cơ thủy lực (hydraulic motors) Bên cạnh quay, trục cán dưới đồng thời dao động ngang dọc trục và... 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 cán (Through-Width... 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 ở 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 1.2 Các phương pháp. .. University of Technology and Education, Oct 30th – 31st, HCM city, Vietnam, pp 151-156, 2014 Phạm Huy Tuân, Trần Quốc Cường, Wang Dung An, Nghiên Cứu Quá Trình Biến Dạng Và Trao Đổi Nhiệt Của Công Nghệ Cán Tích Hợp Dao Động Dọc Trục Của Trục Cán, Tạp chí Khoa học & Công nghệ các trường ĐHKT (Submitted) 5.2 Education product: — Successfully advise for a graduate student 5.3 Application product: — A computer... vực nghiên cứu 1.1 Các phương pháp gia công áp lực truyền thống 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. .. 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... là hợp kim nhôm Al5052 Hình 4 Quá trình cán tích hợp dao động ngang của trục cán (TWVR) Nguồn: (Hsieh et al., 2009, 2012) Một số hình ảnh về quá trình thực nghiệm (xem Hình 5) 7 (a) (b) (c) Hình 5 Quá trình thực nghiệm TWVR (a) Máy móc, (b) Gia công, (c) Kết quả bề rộng Nguồn: (Hsieh, 2009) Nhưng kết quả thực nghiệm về sự biến thiên độ bền của vật liệu theo sự gia tăng biên độ dao động của trục cán. .. gia công phức tạp, chất lượng bề mặt vật liệu xấu, kích cỡ phôi nhỏ và kim loại bị hạn chế về độ lớn biến 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 bởi Kim et al (2006) Nguyên lý của phương pháp này được thể hiện trong Hình 3(e) Phương pháp HRDSR là phương pháp cán truyền thống nhưng vận tốc của. .. nhưng vận tốc của hai trục cán là khác nhau Phôi được cán qua duy nhất một bước cán với chiều dày giảm 70% Phôi bị biến dạng cắt rất lớn và biến dạng khá đồng đều dọc theo hướng chiều dày Có thể thấy rằng phương pháp HRDSR có tiềm năng rất lớn trong việc gia công hợp kim có độ bền cao như là hợp kim nhôm Hơn nữa, HRDSR là quá trình gia công liên tục và chỉ yêu cầu qua duy nhất một bước cán để tạo ra cấu

Ngày đăng: 06/09/2016, 19:18

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • 1.pdf

    • Page 1

  • 3.pdf

  • 4 BIA SAU A4.pdf

    • Page 1

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan