Tóm tắt Luận án Nghiên cứu phát triển công nghệ đúc lưu biến - Áp lực (rheo- diecasting) cho hợp kim nhôm A356

1 
MỞ ĐẦU 
Trong công nghệ đúc áp lực cao, vận tốc dòng chảy cao từ 20-60 
m/s, dễ cuốn khí, nên những vị trí có độ dày lớn thường là nơi chứa 
các khuyết tật dạng khí. Để ngăn ngừa sự hình thành rỗ khí thì triệt 
để nhất là đúc trong chân không, song quá trình này rất tốn kém, đòi 
hỏi những thiết bị đắt tiền không phù hợp với thực tế sản xuất. 
Khi kết hợp giữa đúc áp lực và khuấy bán lỏng thì dòng chảy rối 
và phân tán sẽ chuyển thành dòng chảy tầng nên ít cuốn khí hơn. 
Từ những điều nêu trên, nghiên cứu sinh lựa chọn hướng nghiên 
cứu là: “Nghiên cứu phát triển công nghệ đúc lưu biến- áp lực 
(rheo- diecasting) cho hợp kim nhôm A356”. 
Mục đích nghiên cứu 
- Xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản của quá 
trình rheo-die casting tới sự hình thành tổ chức và tính chất của hợp 
kim A356. 
- Ứng dụng công nghệ đúc “Lưu biến- áp lực” (rheo-diecasting) 
vào việc chế tạo các sản phẩm từ hợp kim nhôm có độ bền cao trong 
ngành chế máy động lực”. 
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
- Đối tượng nghiên cứu: hợp kim nhôm A356 
- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu, đánh giá trên các mẫu thử và ứng 
dụng để chế tạo một số sản phẩm trong ngành chế tạo máy bằng 
phương pháp đúc “Lưu biến- áp lực”. 
Nội dung nghiên cứu 
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ đúc “Lưu biến- áp lực”. 
- Nghiên cứu mô phỏng tính chất của dòng chẩy trong quá trình điền 
đầy khuôn bằng dòng kim loại ở trạng thái bán lỏng. 
- Nghiên cứu quá trình đông đặc và hình thành tổ chức của hợp kim 
trong công nghệ rheo-diecasting. 
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đúc Lưu biến- 
áp lực (rheo-diecasting) đến các đặc tính cơ học (độ bền, độ cứng, tỷ 
trọng) của hợp kim A356. 
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ rheo-diecasting để chế tạo một số 
sản phẩm trong ngành máy động lực. 
Phương pháp nghiên cứu 
- Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, 
2 
các tài liệu đã công bố kết hợp với thực tế về công nghệ đúc “Lưu 
biến- áp lực”. 
- Nghiên cứu mô phỏng bằng các phần mềm MAGMAsoft và 
ANSYS 
- Nghiên cứu thực nghiệm trên mẫu: 
+ Chế tạo các mẫu thử bằng phương pháp công nghệ “Lưu 
biến- áp lực” 
+ Phân tích đánh giá tổ chức, kiểm tra cơ, lý, tính các mẫu thử 
đã được chế tạo bằng phương pháp công nghệ “Lưu biến- áp lực” 
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 
*) Ý nghĩa khoa học 
- Là nghiên cứu đầu tiên về công nghệ Lưu biến- áp lực (rheo-
diecasting) ở Việt Nam, là cơ sở cho việc đổi mới công nghệ, ứng 
dụng tiến bộ KHKT. Kết quả nghiên cứu của luận án là định 
hướng về thiết kế công nghệ khuôn đúc “Lưu biến- áp lực” và là cơ 
sở để lựa chọn vận tốc dòng chảy điền đầy hốc khuôn phù hợp cho 
mỗi loại sản phẩm có chiều dày thành vật đúc khác nhau. 
 - Cho thấy ảnh hưởng của áp lực ép tĩnh tới kích thước hạt: khi tăng 
áp lực ép tĩnh đến 205 MPa đã xuất hiện nhóm hạt Al – α3 rất nhỏ 
mịn (khoảng 2-7 µm); không quan sát thấy nhóm hạt này khi áp lực 
ép tĩnh dưới 200 MPa; ngoài ra tỷ trọng hợp kim cao hơn tới 2% so 
với khi áp lực ép tĩnh < 200 MPa. Đó là những đóng góp bổ sung 
vào khoa học đúc lưu biến – áp lực. 
*) Ý nghĩa thực tiễn 
 - Luận án đưa ra các thông số công nghệ cơ bản của quá trình đúc 
áp lực-lưu biến như: nhiệt độ rót, vận tốc dòng chẩy, áp lực ép trong 
mối quan hệ với chiều dày rãnh dẫn và chiều dày thành vật đúc, đã 
được kiểm chứng bằng việc đúc thử 02 sản phẩm của ngành Máy 
động lực. 
 - Kết quả nghiên cứu của luận án có thể được tham khảo và áp dụng 
triển khai để sản xuất các chi tiết trong ngành chế tạo máy động lực, 
ô tô, xe máy nhằm thay thế các chi tiết có khối lượng lớn hơn được 
chế tạo từ gang, đáp ứng được nhu cầu sản xuất chi tiết đúc khối 
lượng nhẹ, loạt lớn và tăng hiệu suất sử dụng. 
3 
Những điểm mới của luận án 
1. Đã đưa ra phương pháp thiết kế khuôn mới phù hợp với công nghệ 
đúc lưu biến-áp lực và đã tìm ra những thông số công nghệ thích hợp 
để đảm bảo dòng chảy tầng khi điền đầy khuôn. 
2. Đã phát hiện ra những ưu điểm rõ rệt của phương pháp đúc lưu 
biến-áp lực: dòng chảy tầng và sự đồng đều hóa nhiệt độ của khối 
kim loại, khiến gradient nhiệt độ giảm và tạo điều kiện cho sự hình 
thành tổ chức đều trục cầu tròn phi nhánh cây. 
3. Việc phân tích tổ chức tế vi đã phát hiện ra ảnh hưởng rõ rệt của 
áp lực (đặc biệt là ở mức trên 205 MPa) tới sự hình thành tổ chức: 
một độ quá nguội ở mức trên 2 K đã hình thành góp phần làm cho 
các mầm kết tinh có kích thước nhỏ có thể ”sống sót”, tạo ra những 
hạt tinh thể rất nhỏ mịn. 
4. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc 
áp lực mang lại những yếu tố thuận lợi nhằm tạo ra tổ chức phi 
nhánh cây nhỏ mịn và loại bỏ một dạng khuyết tật cơ bản của 
phương pháp đúc áp lực là rỗ khí; đó là: 
- Tạo mầm dị thể trên trục khuấy 
- Tạo dòng chảy tầng khi điền đầy khuôn 
- Đồng đều hóa nhiệt độ của khối kim loại lỏng 
- Tạo một độ quá nguội bổ sung làm giảm kích thước tới hạn 
của mầm. 
5. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy việc kết hợp giữa đúc lưu biến 
và đúc áp lực mang lại những yếu tố thuận lợi nhằm giảm thiểu một 
dạng khuyết tật điển hình của các sản phẩm đúc nói chung và đúc áp 
lực nói riêng là xốp tế vi bằng các yếu tố: 
- Giảm cuốn khí do dòng chảy tầng 
- Giảm lực cản cho quá trình ”nuôi” nhờ việc tạo ra các tinh 
thể dạng cầu tròn thay vì dạng nhánh cây 
- Thúc đẩy quá trình ”nuôi” nhờ áp lực. 
Kiến nghị 
Thiết bị chế tạo vật liệu bán lỏng hệ thống tự động hóa còn thô sơ và 
chưa có thiết bị rót tự động. Đề nghị có các nghiên cứu sâu hơn về 
việc kiểm soát nhiệt độ tự động trên khuôn đúc áp lực và buồng nạp 
cũng như thời gian rót vật liệu bán lỏng vào buồng nạp. 
4 
ĐẶT VẤN ĐỀ 
Các sản phẩm đúc áp lực cao thường có bề dày từ 0,8 mm đến 10 
mm, nhưng trên thực tế thì bề dày 2 mm đến 6 mm sẽ cho kết quả 
đúc tốt nhất. Tuy nhiên, trong đúc áp lực cao, kim loại lỏng điền đầy 
hốc khuôn đi qua rãnh dẫn với vận tốc cao, dòng chảy trong khuôn là 
dòng phân tán và dòng chảy rối khi điền đầy khuôn là nguyên nhân 
tạo ra các oxit, rỗ xốp và gây khó khăn cho quá trình xử lý nhiệt. 
Xốp khí tại những vị trí ụ dầy chính là nguyên nhân làm giảm độ 
bền đáng kể và chi tiết đúc không thể nhiệt luyện được. Để khắc 
phục nhược điểm này trong công nghệ đúc áp lực người ta thường 
phải đúc rót trong chân không nhưng chi phí rất tốn kém. 
Nếu đúc áp lực với kim loại ở trạng thái bán lỏng thì dòng chảy sẽ 
chuyển thành dòng chảy tầng do kim loại ở dạng sệt và sẽ ít bị cuốn 
khí hơn. Tuy nhiên, như vậy sẽ phải hạ nhiệt độ của hợp kim đến 
vùng bán lỏng và ở trạng thái này độ nhớt của hợp kim sẽ tăng, khả 
năng điền đầy trong khuôn rất kém. 
Để độ nhớt của hợp kim không tăng cao khi giảm nhiệt độ xuống 
dưới đường lỏng thì cần: 
- Khuấy kim loại ở trạng thái bán lỏng để bẻ gãy các nhánh 
cây nếu tỷ phần pha rắn tương đối lớn. 
- Đúc ở nhiệt độ gần liquidus (chủ yếu là tạo mầm dị thể) 
Như vậy khi kết hợp giữa đúc áp lực và khuấy bán lỏng thì rỗ 
khí có thể được khắc phục bởi 2 lý do: 
- Áp lực sẽ phân tán các phần tử ô xýt nhôm đều trong toàn bộ 
khối kim loại. 
- Dòng chảy rối và phân tán sẽ chuyển thành dòng chảy tầng 
nên ít cuốn khí hơn. 
Đó là lý do vì sao phương pháp công nghệ đúc lưu biến 
(rheocasting) thường được kết hợp với công nghệ đúc áp lực 
(diecasting) để cho ra đời một phương pháp mới là “Lưu biến- áp 
lực” (RDC- rheo-diecasting) cho kết quả rất tốt. 
Chương 1 
TỔNG QUAN 
1.1. Đúc áp lực 
Đúc áp lực là một phương pháp sản xuất phôi nhằm tạo ra các 
chi tiết có kích thước chính xác do những chuyển động của dòng lưu 
chất kim lọai lỏng dưới tác dụng của áp suất. thay vì do trọng lực 
5 
như trong các phương pháp đúc thông thường khác. Quá trình đúc 
áp lực có thể mô tả như sau: kim loại lỏng được đưa vào khuôn bằng 
áp lực cao thông qua một bộ xylanh-piston nạp hay còn gọi là buồng 
nạp, hoặc buồng ép. Áp lực lớn, tốc độ nguội nhanh, sẽ làm cho sản 
phẩm đạt tổ chức hạt nhỏ mịn, tăng cơ tính. Có 2 kiểu công nghệ 
đúc áp lực là đúc áp lực buồng nguội (cold chamber) và đúc áp lực 
buồng nóng (hot chamber). 
Đúc áp lực có ưu điểm là giảm thiểu dung sai, bề mặt nhẵn, đảm 
bảo đồng đều chiều dày vật đúc. Sản phẩm đúc áp lực cao rất đa 
dạng về hình dáng và kết cấu, phục vụ trong nhiều lĩnh vực khác 
nhau như chế tạo chi tiết máy, thiết bị điện, y tế, giáo dục, hàng 
khôngTuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp này là cuốn 
khí, gây rỗ khí khiến độ xít chặt của vật đúc không cao, không nhiệt 
luyện được do khi nung ở nhiệt độ cao rỗ khí nở ra gây cong vênh 
chi tiết. 
1.2. Công nghệ đúc bán lỏng 
1.2.1. Các dạng công nghệ đúc bán lỏng 
Có hai phương pháp đúc bán lỏng chính: Quá trình đúc xúc biến 
(Thixocasting) và Quá trình đúc lưu biến (Rheocasting). 
1.2.1.1. Đúc xúc biến 
Đầu tiên là chế tạo thanh cấp liệu có tổ chức và độ hạt theo yêu 
cầu. Sau đó, thanh cấp liệu được cắt thành từng đoạn nhỏ và nung 
cảm ứng đến nhiệt độ tồn tại trạng thái bán lỏng, rồi được chuyển 
đến máy đúc và ép vào khuôn với lực ép lớn. 
Ưu điểm của phương pháp: tiết kiệm năng lượng và dễ tự động 
hóa, hoàn toàn loại bỏ sự cuốn khí vào khuôn. Nhược điểm của 
phương pháp: chi phí đầu tư cao, thanh cấp liệu khó chế tạo và sản 
phẩm thừa (phế phẩm, hệ thống rót,) không thể tái sử dụng cho các 
lần đúc sau, do đó hiện nay các nghiên cứu trên thế giới chủ yếu tập 
trung vào đúc lưu biến. 
1.2.1.2. Đúc lưu biến 
Sau khi nấu luyện, hợp kim được làm nguội kết hợp khuấy trộn, 
sau đó được chuyển đến máy đúc và tạo hình với lực ép lớn. 
Ưu điểm của phương pháp lưu biến so với đúc xúc biến: đúc được 
nhiều loại hợp kim, sản phẩm thừa (phế phẩm, hệ thống rót,) có 
thể dùng làm hồi liệu, có thể kết hợp với phương pháp đúc áp lực nên 
6 
giảm chi phí đầu tư ban đầu. Nhược điểm: khả năng tự động hóa 
không cao bằng đúc xúc biến. 
1.2.3. Phối hợp giữa đúc lưu biến- đúc áp lực (Rheo diecasting- RDC) 
Các phương pháp đúc lưu biến có thể kết hợp được với phương 
pháp đúc áp lực là: khuấy thủy động từ, đúc gần nhiệt độ liquidus, 
phương pháp nhiệt trực tiếp, phương pháp MIT mới, phương pháp 
bán lỏng bằng sục khí để cho ra một phương pháp đúc mới là ”đúc 
lưu biến- áp lực”. Đây là một hướng đi mới trên thế giới trong lĩnh 
vực sản xuất các chi tiết từ hợp kim mầu nhẹ. 
1.3. Tình hình nghiên cứu ở trong nước 
PGS.TS Nguyễn Hồng Hải đã thực hiện đề tài mã số KC02-
23/06-10 “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đúc bán lỏng để chế tạo 
các sản phẩm từ hợp kim nhôm có độ bền cao trong ngành chế tạo 
máy động lực, ô tô, xe máy”. Đề tài đã xác định được cửa sổ công 
nghệ của các quá trình khuấy điện từ và khuấy bằng trục graphite. 
 Tiến sỹ Nguyễn Ngọc Tiến đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu công 
nghệ đúc bán lỏng với hợp kim A356” bằng các phương pháp khuấy 
từ và tạo mầm cho kết quả rất khả quan. 
Kết luận: 
Trên cơ sở khảo sát và phân tích các nghiên cứu, các hệ thống 
thiết bị đúc bán lỏng như trên và trên một thực tế là ở Việt nam hiên 
nay, hầu hết các chi tiết máy động lực, ô tô, xe máy đều được đúc áp 
lực thì sự lựa chọn hệ thống thiết bị của Nghiên cứu sinh sử dụng để 
nghiên cứu sẽ dựa trên các nguyên tắc sau: 
1. Kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc áp lực (Rheo-diecasting) 
2. Bảo đảm sự linh hoạt của hệ thống bằng cách tích hợp giữa 
các thiết bị chế tạo mới và các thiết bị có sẵn. 
3. Kế thừa và phát triển những kết quả nghiên cứu mà NCS đã 
đạt được khi thực hiện đề tài KC02-23/06-10. 
Phương pháp đúc lưu biến được lựa chọn là phương pháp MIT 
mới. Cơ sở lý thuyết của nó là tạo mầm dị thể, với tỷ phần pha rắn 
10%, có ưu điểm là thời gian công nghệ ngắn, các thông số công 
nghệ được kiểm soát dễ dàng, chi phí ban đầu thấp và dễ dàng tích 
hợp vối các thiết bị sẵn có (lò nấu, máy đúc áp lực cao). 
Như vậy, chỉ cần kết hợp giữa thiết bị tạo vật liệu bán lỏng với 
máy đúc áp lực và lò nấu là có được công nghệ “Đúc Lưu biến- áp 
lực”. Điều này cho phép giảm chi phí đầu tư ban đầu nếu ứng dụng 
7 
trong công nghiệp và làm cho quá trình sản xuất trở nên linh hoạt (có 
thể chỉ đúc áp lực hoặc kết hợp giữa đúc áp lực với đúc bán lỏng). 
Chương 2 
CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
2.1. Ảnh hưởng của áp lực đến tổ chức và tính chất của hợp kim 
Các quá trình liên quan tới sự kết tinh và đông đặc dưới áp lực có 
thể chia thành 3 loại: 
- Áp lực dưới 200 MPa, được ứng dụng trong công nghiệp chủ yếu 
nhằm thay đổi hệ số trao đổi nhiệt giữa kim loại đang đông đặc và 
khuôn, đồng thời làm giảm độ xốp trong vật đúc. 
- Áp lực tới 3 GPa, tác động tức thời (trong khoảng 0,2s) nhằm tạo ra 
quá nguội và quá trình kết tinh nhanh sau đó. 
2.1.1. Ảnh hưởng của áp lực đến các tính chất nhiệt lý 
Áp lực đặt lên kim loại lỏng trong quá trình kết tinh có ảnh hưởng 
đáng kể tới các thông số nhiệt lý như nhiệt độ nóng chảy, hệ số dẫn 
nhiệt, nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt nóng chảy v.v 
2.1.2. Ảnh hưởng của áp lực đến cân bằng pha 
Sự thay đổi nhiệt độ nóng chảy (kết tinh) của kim loại và hợp 
kim là một trong những biểu hiện của ảnh hưởng của áp lực tới cân 
bằng pha. Ở đây không những có thay đổi về lượng, mà còn có thay 
đổi về chất: có thể xuất hiện các pha mới hoặc thay đổi tính chất các 
pha cũ. Việc nghiên cứu giản đồ pha có xét tới áp suất có một ý 
nghĩa thực tiễn to lớn trong việc tìm ra các hợp kim mới hoặc biến 
tính các hợp kim cũ: áp lực có thể làm thay đổi đáng kể giản đồ trạng 
thái, dịch chuyển các đường chuyển pha, hình thành các pha hoặc 
vùng pha. Bởi vậy bằng cách tác động áp lực lên kim loại trong quá 
trình kết tinh có thể làm thay đổi tổ chức, cơ tính và các tính chất 
khác của chúng. 
2.1.3. Ảnh hưởng của áp lực tới các thông số của quá trình kết tinh 
Quá trình kết tinh bắt đầu từ việc hình thành các mầm kết tinh 
và sau đó là sự phát triển của chúng. Động học quá trình chuyển pha 
ở đây có thể được đánh giá theo 2 thông số: số lượng mầm được hình 
thành trong một đơn vị thể tích sau một đơn vị thời gian (tốc độ tạo 
mầm) và tốc độ phát triển của mầm. Việc phân tích phương trình 
VdpT
dT
rth
2 cho thấy, có thể làm giảm kích thước tới hạn của mầm 
8 
kết tinh không chỉ bằng cách giảm sức căng bề mặt  và tăng độ quá 
nguội T, mà còn bằng cách tăng áp suất bên ngoài tác động lên kim 
loại trong quá trình đông đặc, dp. Ngoài ra sự tăng áp suất, tương tự 
như tăng độ quá nguội, có thể làm tăng tốc độ tạo mầm, một thông số 
quan trọng của quá trình kết tinh. 
2.1.4. Những thay đổi về cấu trúc của kim loại và hợp kim khi kết tinh 
dưới áp lực 
Khi kim loại, hợp kim kết tinh và đông đặc dưới áp lực thì trong 
tổ chức và cấu trúc của nó có thể xảy ra những thay đổi sau: 
- Kích thước trung bình của hạt giảm, thành phần và sự phân bố pha 
thay đổi, giảm kích thước tới hạn của mầm và tăng số lượng mầm, 
tăng độ đồng nhất về thành phần do giảm mức độ thiên tích nội hạt, 
tăng mật độ lệch. 
Các yếu tố ở các mức độ khác nhau có ảnh hưởng tốt đến việc cải 
thiện tổ chức của hợp kim, qua đó cải thiện tính chất của chúng. 
2.2. ...  trình truyền 
nhiệt cho thấy rõ ràng là việc kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc áp lực 
là rất thuận lợi: áp lực giúp cho việc hình thành các tinh thể đều trục, 
cầu tròn phi nhánh cây trở nên dễ dàng hơn do sự đồng đều hóa nhiệt 
độ trong toàn bộ thể tích. 
5.3. Tổ chức tế vi của mẫu đúc lưu biến-áp lực 
Hợp kim A356 được nấu luyện trong lò điện trở dung tích 
150kg, nhiệt độ kim loại sau biến tính, khử khí là 6600C. 
Bảng 5.1. Thành phần hóa học của hợp kim A356 
Nguyên tố, % Cu Mg Mn Si Fe Zn Ti Al 
Mác A356 theo 
tiêu chuẩn 
 0,2 
0,25-
0,45 
 0,1 
6,5-
7,5 
 0,2 0,1 0,2 
Còn 
lại 
Mẫu 1 
(phụ lục 1) 
0,0105 0,3684 0,0033 7,1172 0,0490 0,0178 0,1334 
Còn 
lại 
Mẫu 2 
(phụ lục 2) 
0,0171 0,3625 0,0116 7,1458 0,0561 0,0182 0,1271 
Còn 
lại 
Mẫu 3 
(phụ lục 3) 
0,0132 0,4166 0,0118 7,2454 0,0522 0,0317 0,1425 
Còn 
lại 
Hình 5.4. Phân bổ nhiệt độ trên mặt cắt 
của vật đúc tại thời điểm 3s với áp lực 
185MPa, nhiệt độ rót là 6100C 
Hình 5.5. Biến thiên nhiệt độ tại các vị trí 
tâm của vật đúc đến thời điểm 7s với áp 
lực 185MPa, nhiệt độ rót là 6100C 
17 
Trên bảng 5.1 cho thấy, hàm lượng các nguyên tố hợp kim 
chính như Si, Mg, Ti đều nằm trong dải cho phép của tiêu chuẩn của 
hợp kim A356 [36]. 
5.3.1. Sự hình thành pha nền 
Sự hình thành và phát triển của tổ chức tế vi xảy ra trong đúc 
thông thường theo hình thái nhánh cây với sự tập trung tạp chất trên 
biên hạt và ở khu vực giữa nhánh cây. Các tinh thể phát triển chủ yếu 
theo hướng ngược với hướng truyền nhiệt dẫn tới sự hình thành các 
tinh thể có dạng hình trụ dài. 
Khi sử dụng phương pháp bán lỏng kết hợp với đúc áp lực, tổ 
chức tế vi nhận được có hình dạng phi nhánh cây và tương đối đồng 
đều. Do kết hợp khuấy nhằm làm tăng tốc độ tạo mầm, đồng đều hóa 
nhiệt độ kết hợp với nhiệt độ rót thấp (6100C), gần với nhiệt độ đông 
đặc của hợp kim đã làm giảm, thậm chí mất vùng tinh thể dạng cột. 
Khi thay đổi áp lực ép tĩnh 
lần lượt là: 185; 190; 195; 200; 
205 MPa, có thể thấy rõ sự xuất 
hiện của 3 nhóm hạt: nhóm các 
hạt 1 có kích thước khoảng 
35µm gần như không thay đổi, 
nhóm các hạt 2 như các mảnh 
vỡ của nhánh cây và nhóm các 
hạt 3 có kích thước rất nhỏ 
mịn (khoảng 2-7 m). Áp lực 
ép tĩnh càng lớn nhóm các hạt 
 3 càng nhỏ và có kích thước 
khoảng 2-7µm. Đây chính là 
quá trình đông đặc thứ cấp rất quan trọng, bởi lẽ khi đi vào khuôn 
còn tới khoảng 80% kim loại ở trạng thái lỏng. Việc tạo ra nhóm hạt 
 3 có thể được giải thích như sau: thông thường sau khi đạt được 
kích thước tới hạn, mầm sẽ phát triển đến kích thước ổn định, sau đó 
chúng sẽ bị mất ổn định và từ các mặt sít chặt sẽ phát triển ra các 
nhánh cây. Nếu rất nhiều mầm được hình thành cùng một lúc, chúng 
có thể chỉ phát triển đến, hoặc thậm chí chưa kịp phát triển đến giới 
hạn ổn định, và như vậy nhánh cây sẽ không hình thành. 
Quá trình này sinh ra các hạt hình cầu nhỏ và mịn α3. Đường kính 
kích thước hạt trung bình α3 là ≤ 7 μm, kích thước này nhỏ hơn nhiều 
Hình 5.6. Ảnh tổ chức (x1000): MIT-200, 
Vkh = 200v/ph, Tk = 155
0 C,Tkh = 625
0 C, Tr 
= 6100 C, Pt=205MPa 
18 
lần kích thước của hạt chính α1 (đường kính trung bình α1 là 35 m) 
được sinh ra bởi sự kết tinh đầu tiên ở gầu rót. Có thể thấy một số hạt 
 3 có kích thước rất nhỏ (chỉ vài m). Rõ ràng là chúng được hình 
thành với độ quá nguội lớn hơn. 
5.3.2. Sự hình thành cùng tinh 
Ở giai đoạn cuối cùng của quá trình đông 
đặc, trong vùng pha lỏng đông đặc sau cùng sẽ 
xảy ra phản ứng cùng tinh. Như vậy Si cùng 
tinh sẽ nằm ở vùng giữa các hạt tinh thể. Cùng 
tinh Al-Si là cùng tinh không đều, do Si là một 
pha có hành vi tạo bề mặt nét rõ rệt, bởi vậy 
trong các quá trình đông đặc thông thường Si 
cùng tinh có dạng tấm phiến khá thô. Tuy 
nhiên trong trường hợp rheo-diecasting có thể thấy Si cùng tinh đã 
chuyển sang dạng sợi hoặc bông tuyết. Kích thước (đường kính) của 
sợi Si là khá nhỏ, chỉ khoảng vài trăm nm. 
5.4. Kết quả nghiên cứu về tỉ trọng của hợp kim A356 
5.4.1. Các chế độ công nghệ 
- Hợp kim A356 có thành phần hóa học như trên, sau khi múc vào 
gáo rót, nhiệt độ kim loại đạt 6250C thì khuấy bằng trục graphít với 
vận tốc 200 vòng/phút. Khi nhiệt độ 6100C thì tiến hành rót vào 
buồng ép của máy đúc áp lực. Khuôn đúc lưu biến- áp lực cho mẫu 
thử với tỷ lệ giữa chiều dày rãnh dẫn h và chiều dày thành vật đúc H, 
h/H= 0,8, lựa chọn vận tốc nạp tại miệng phun là 5m/s (tương ứng 
vận tốc di chuyển của piston v2 = 1,5m/s). 
- Thí nghiệm đối với chế độ đúc áp lực tiến hành rót với nhiệt độ 
kim loại là 6600C, vận tốc nạp tại miệng phun là 12m/s (tương ứng 
vận tốc điền đầy của piston v2 = 3,6m/s). 
5.4.2. Kết quả xác định tỷ trọng 
5.4.2.1. Kết quả xác định tỷ trọng theo chiều dọc mẫu 
Các mẫu thử được gia công, mài phẳng với kích thước 
8x8x180mm, tiến hành cân tỷ trong bằng thiết bị cân tỷ trọng AD -
1653/ GR-202 của Nhật Bản. 
Các kết quả về tỷ trọng của hợp kim nhôm A356 với các chế 
độ đúc khác nhau được trình bày trên bảng 5.2. 
Bảng 5.2. Ảnh hưởng của áp lực ép tĩnh đến tỷ trọng của HK A356 
Hình 5.32b. Cùng tinh 
19 
Ảnh hưởng của áp lực ép tĩnh đến tỷ trọng của hợp kim A356 
Áp lực ép tĩnh, MPa 185 190 195 200 205 
Tỷ trọng hợp kim A356- bán 
lỏng, nhiệt độ rót: 6100C, (g/cm3) 
2,651 2,659 2,667 2,672 2,677 
Tỷ trọng hợp kim A356, nhiệt độ 
rót: 6600C, (g/cm3) 
2,607 2,612 2,619 2,623 2,628 
Độ chênh (g/cm3) 0,044 0,047 0,048 0,049 0,049 
Độ chênh trung bình 0,0474 
5.4.2.2. Kết quả xác định tỷ trọng tại ba vị trí trên mẫu 
Kết quả mô phỏng phân bố tỷ trọng trên mẫu khi đúc với áp 
suất ép tĩnh 200 MPa, có sự chênh lệch phân bố tỷ trọng giữa các 
vùng trên mẫu. Để có thể thấy rõ về sự chênh lệch này, ta xác định tỷ 
trọng trên mẫu đúc thử nghiệm. Kết quả đo tỷ trọng tuyệt đối trên 
mẫu thử khi đúc lưu biến – áp lực với cùng điều kiện như đã tiến 
hành mô phỏng. Ta thấy ứng với các vị trí P1, P2, P3 (hình 5.4) lần 
lượt có giá trị là; 2676 kg/m3, 2667 kg/m3 và 2672kg/m3. Mặc dù sự 
chênh lệch là không đáng kể nhưng kết quả thực nghiệm này chứng 
minh những giải thích về sự ảnh hưởng của áp suất ép tĩnh đến tốc 
độ nguội và quá trình kết tinh, hình thành tổ chức là hoàn toàn phù 
hợp. Tương tự như vậy kết quả tỷ trọng tuyệt đối trên mẫu thử khi 
đúc áp lực với cùng điều kiện như đã tiến hành mô phỏng. Ta thấy 
ứng với các vị trí 1, 2 và 3 (hình 5.4) lần lượt có giá trị là; 2634 
kg/m
3
, 2601 kg/m
3
 và 2616 kg/m
3
. Kết quả thí nghiệm cho thấy các 
mẫu đúc bằng công nghệ đúc áp lực thông thường tại 3 vị trí P1, P2, 
P3 có tỷ trọng nhỏ hơn so với các mẫu đúc bằng công nghệ đúc lưu 
biến-áp lực. 
Kết luận: 
Việc phân tích kết quả mô phỏng số quá trình truyền nhiệt và 
so sánh phân bố tỷ trọng với kết quả thực nghiệm cho thấy rõ ràng là 
việc kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc áp lực là rất thuận lợi: 
1. Việc hình thành các tinh thể đều trục, cầu tròn phi nhánh cây ít 
gây cản trở cho quá trình “nuôi” hơn là các tinh thể nhánh cây 
do ma sát giữa kim loại lỏng và tinh thể giảm, nhờ vậy xốp co ít 
hơn và tỷ trọng tăng. 
2. Áp lực cũng giúp cho quá trình “nuôi” vật đúc tốt hơn nhờ việc 
thấm lọc qua vùng 2 pha. 
3. Việc điền đầy khuôn bằng dòng chảy tầng khiến sự cuốn khí 
giảm, dẫn đến việc giảm rỗ khí, nhờ vậy mà tỷ trọng cũng tăng. 
20 
Rõ ràng đây là những ưu điểm rất nổi bật của phương pháp 
rheo-diecasting. 
5.5. Nghiên cứu phân tích cấu trúc 
Kỹ thuật quan trọng và phổ biến của Cơ học phá hủy, trong đó 
bề mặt thực của mặt gẫy có thể được quan sát và đánh giá bằng 
phương pháp chụp và phân tích trên kính hiển vi điện tử quét. 
Có thể nhận thấy rất rõ trên các ảnh mặt gẫy là phá hủy xảy ra 
theo cơ chế đứt bên trong hạt, tạo ra mặt gẫy với các “lúm đồng tiền” 
khá tiêu biểu cho kiểu phá hủy dẻo. Kiểu phá hủy này đặc trưng cho 
loại vật liệu có khả năng biến dạng dẻo đáng kể (hay là dự trữ độ 
dẻo) trước khi phá hủy. Hợp kim A356 do được hợp kim hóa bằng 
một số nguyên tố hợp kim như Mg, Cu, Ti,... nên có chứa một số pha 
hóa bền phân tán vừa làm tăng độ 
bền, vừa giảm bớt xu hướng phá 
hủy ròn vốn có của silumin đơn 
giản không được hợp kim hóa. 
Phân tích EDX đối với MIT-
200, Vkh = 200v/ph, Tk = 155
0
 C, 
Tkh = 625
0
 C, Tr = 610
0
 C, Pt=200 
MPa sau khi nhiệt luyện cho thấy 
tại vùng phá hủy dẻo thành phần 
chủ yếu là Al, Si, Mg (thành phần 
chính của hợp kim A356). 
5.6. Kết quả nghiên cứu về độ cứng của hợp kim A356 
Khảo sát độ cứng của mẫu đúc được chế tạo bởi quá trình đúc lưu 
biến-áp lực, áp lực ép tĩnh 200 kg/cm2; kết quả được trình bầy trên 
bảng 5.3. 
Bảng 5.3. Độ cứng mẫu đúc Lưu biến-áp lực , áp lực ép tĩnh 200MPa 
Khoảng cách 
điểm đo 
Bề rộng mẫu, mm 
1 2 4 6 8 10 12 14 15 
Vị trí P1 99,1 88,6 84,9 83,7 83,2 83,4 84,5 88,8 97,8 
Vị trí P2 97,3 85,9 80,7 77,5 76,8 77,9 80,3 85,7 97,1 
Vị trí P3 97,9 87,4 83,7 81,5 80,2 81,4 83,3 87,6 97,3 
Hình 5.40. Mặt gẫy của mẫu MIT-200 
21 
Có thể thấy rằng tại vị trí P2 (hình 5.4), độ cứng có giá trị thấp 
nhất vì đây là nơi nguội sau cùng trong mẫu đúc. Tại vị trí P1, độ 
cứng cao hơn cả vì đây là nơi bị tác động của áp lực ép tĩnh lớn nhất, 
độ sít chặt tốt nhất. Độ cứng trung bình của mẫu đạt khoảng 80HV 
(tương đương 74HB), đạt tiêu chuẩn so với ASM (60-70 HB). 
5.7. Kết quả nghiên cứu về độ bền kéo của hợp kim A356 
Kết quả nghiên cứu cho 
thấy, độ bền kéo trung bình 
của các mẫu đúc áp lực chỉ 
đạt 210MPa (mẫu số 6) vì 
với công nghệ đúc áp lực 
nhiệt độ rót cao hơn và dòng 
chảy rối nên trong thể tích 
mẫu thường còn chứa các bọt 
khí nhỏ và Si cùng tinh dạng 
tấm thô. Các mẫu được chế 
tạo bởi công nghệ đúc Lưu 
biến- Áp lực có độ bền kéo tương đối ổn định đạt trung bình khoảng 
270 Mpa (mẫu số 1 đến 5). Hội Kim loại Mỹ (Americal Society of 
Metals – ASM [33]) đưa ra tiêu chuẩn độ bền kéo cho hợp kim này 
là 220 MPa. 
Chương 6 
ỨNG DỤNG CHẾ TẠO SẢN PHẨM 
6.1. Chế thử sản phẩm thân bơm BRA50 
Hình 6.5. Sản phẩm thân bơm trước (a) và sau hiệu chỉnh rãnh thoát hơi (b) 
Hình 6.5 là sản phẩm chi tiết thân bơm BRA50 đã được chế tạo bằng 
công nghệ Lưu biến- áp lực.Trên hình 6.5a cho thấy sản phẩm khi 
chưa điều chỉnh rãnh hơi bị nhăn bề mặt cả phía trong, ngoài và 
khuyết tật rỗ khí. Các vết nhăn này do áp suất khí trong khuôn tăng 
khi khí không thoát kịp qua các rãnh thoát hơi nên các dòng kim loại 
Hình 5.54. Độ bền kéo của các mẫu đúc với 
công nghệ chế tạo khác nhau 
22 
chuyển động rối tạo thành. Sau khi điều chỉnh rãnh hơi sản trên bề 
mặt phẩm không còn các vết nhăn như trên hình 6.5b. So sánh với 
trường hợp đúc áp lực (hình 6.6) chất lượng tốt hơn hẳn. 
Hình 6.6. Khuyết tật rỗ xốp trên vật đúc khi đúc áp lực (a) và không còn rỗ xốp (b) 
khi đúc Lưu biến- áp lực 
6.2. Nắp hông động cơ RV125 
Chi tiết nắp hông RV125 với trọng lượng vật đúc là 2,4 kg, trọng 
lượng hệ thống rót, đậu tràn là 1,2kg. Tiến hành chế tạo sản phẩm 
bằng phương pháp đúc lưu biến- áp lực, chi tiết nắp hông RV125 có 
bề mặt nhẵn đẹp như được trình bày ở hình 6.9. 
Hình 6.9. Hình ảnh chi tiết RV 125 đúc bằng phương pháp Lưu biến- áp lực 
KẾT LUẬN 
1. Đã thực hiện đầy đủ những nội dung nghiên cứu đề ra. Kết quả 
nghiên cứu cho thấy việc kết hợp giữa đúc lưu biến và đúc áp lực cho 
phép thực hiện một công nghệ đơn giản, không tốn kém, dễ vận hành 
mà vẫn đạt được hiệu quả cao. 
2. Kết quả mô phỏng cho thấy trong công nghệ đúc lưu biến-áp lực 
dòng chảy tầng khi điền đầy khuôn đạt được nếu phối hợp tốt các 
yếu tố công nghệ khuôn và lưu tốc của dòng chảy: 
- Khi tỷ lệ giữa chiều dày rãnh dẫn trên chiều dày thành vật 
đúc, h/H = 0,5 thì để đảm bảo dòng chảy tầng vận tốc tối đa 
của dòng chảy, vmax = 2,2 m/s; 
23 
- Với h/H = 0,7 thì vmax = 3,6 m/s; 
- Với h/H = 0,8 thì vmax = 5 m/s; 
Kết quả mô phỏng cũng cho thấy: khác với đúc thông thường, trong 
quá trình đúc lưu biến-áp lực nhiệt độ khối kim loại bán lỏng được 
đồng đều hóa: kết quả xác định trường nhiệt cho thấy nhiệt độ tại các 
mặt cắt chỉ chênh nhau vài độ, trong khi đó trong trường hợp đúc 
thông thường có thể chênh 2000C. Điều này tạo điều kiện rất thuận 
lợi cho việc hình thành các tinh thể đều trục, cầu tròn. 
3. Quá trình đông đặc và hình thành tổ chức của hợp kim trong công 
nghệ đúc lưu biến-áp lực (rheo-diecasting) đã được làm rõ: sự kết 
tinh và đông đặc trong công nghệ đúc lưu biến-áp lực xảy ra theo 3 
giai đoạn: 
- Kết tinh lần đầu xảy ra trong gáo rót với sự hình thành các mầm dị 
thể, kết quả là tạo ra các hạt 1 có kích thước ~ 35 m. 
- Các mảnh vỡ nhánh cây (các hạt 2) được tạo ra trong buồng ép có 
kích thước trung bình ~ 20 m và tỷ phần thể tích ~ 10%. Đây là tổ 
chức không mong muốn nhưng không tránh được. Trong quá trình 
đúc lưu biến-áp lực tỷ phần thể tích của các hạt 2 giảm đáng kể so 
với đúc áp lực thông thường. 
- Quá trình kết tinh thứ cấp xảy ra trong khuôn. Do tiếp xúc với 
khuôn nguội một độ quá nguội ở mức 1-2 K đã được hình thành tạo 
ra các hạt mịn, 3, có kích thước khoảng 7 m. Dưới tác dụng của áp 
lực một độ quá nguội bổ sung ở mức 2 - 2,5K đã được hình thành 
góp phần tạo ra một loạt hạt có kích thước rất nhỏ mịn (2 – 3 m). 
4. Sự cải thiện về tổ chức đẫn đến sự cải thiện rõ rệt các đặc tính cơ 
học của hợp kim: Độ bền kéo của các mẫu đúc lưu biến – áp lực đạt 
giá trị 255-284 MPa, cao hơn nhiều so với đúc áp lực thông thường 
và đáp ứng tiêu chuẩn ASM (Mỹ). Ngoài ra một dạng khuyết tật điển 
hình của vật đúc nói chung và đúc áp lực nói riêng là xốp tế vi (co và 
khí, xốp đường tâm) đã được khắc phục một cách cơ bản; kết quả là 
tỷ trọng tăng 0,0474g/m3, tức là khoảng 2%. Tỷ trọng cũng tăng 
nhiều hơn khi tăng áp suất ép: khi áp suất ép tăng từ 185 lên 205 
MPa tỷ trọng trong trường hợp đúc lưu biến-áp lực tăng 0,026 g/m3 
so so với 0,021 g/cm3 khi đúc áp lực thông thường, tức là nhiều hơn 
24%. Cuối cùng, tỷ trọng cũng đồng đều hơn ở các khu vực bên 
ngoài và ở tâm: trong trường hợp đúc lưu biến-áp lực độ chênh lớn 
nhất là 0,34% so với 1,27 % trong trường hợp đúc áp lực thông 
24 
thường, tức là ít hơn gần 4 lần. Tất cả những điều nói trên cho thấy 
xốp tế vi, thường được hình thành ở tâm vật đúc, đã giảm đáng kể. 
5. Kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng để chế thử một số sản phẩm 
trong ngành máy động lực: kết quả chế thử cho thấy các sản phẩm 
chế tạo bằng phương pháp đúc Lưu biến-áp lực có độ sít chặt tốt, 
không xuất hiện rỗ xốp tại các vị trí ụ dày, không bị nhăn ở các vị trí 
thành mỏng. Phương pháp đúc lưu biến- áp lực cho phép đúc các sản 
phẩm có độ dày thành trung bình đến 20mm. Vận tốc của kim loại đi 
vào hốc khuôn nhỏ (~ 2-5 m/s), dòng chảy tầng, ít cuốn khí, giảm độ 
co, bọt xốp. Nhiệt độ kim loại lỏng thấp hơn (~ 6000 C), tăng tuổi thọ 
của khuôn, chu trình đúc được rút ngắn. 
Có thể ứng dụng công nghệ đúc Lưu biến-áp lực để chế tạo các sản 
phẩm trong ngành máy động lực - máy nông nghiệp thay thế cho các 
chi tiết bằng gang có trọng lượng lớn.