Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực  nghiệm về biến đổi tổ chức  và cơ tính của loại vật liệu cấu trúc lập phương diện tâm là Cu 99,9  và hợp kim nhôm  7075  khi biến dạng mãnh liệt (SPD)  trong kênh gấp khúc  tiết diện không  đổi (ECAP).  

Changes of microstructure and  mechanical properties of SPD-ed  Cu99,9 and Al alloy  7075  and  a processing technique proposed for hard-to-deform metals and  alloys

 Nguyễn Đăng Khoa(1), Lưu Pơng Minh(1), Đào Minh Ngừng(2)
1 Khoa Cơ khí, Trường Đại học  Bách Khoa–ĐHQG Tp.HCM

2 Trường Đại học  Bách Khoa Hà Nội

Ngày nhận bài: 28/10/2015, Ngày duyệt đăng: 26/11/2015

 Tóm  tắt

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực  nghiệm về biến đổi tổ chức  và cơ tính của loại vật liệu cấu trúc lập phương diện tâm là Cu 99,9  và hợp kim nhôm  7075  khi biến dạng mãnh liệt (SPD)  trong kênh gấp khúc  tiết diện không  đổi (ECAP).  Thực nghiệm cho thấy tổ chức hạt đạt được độ mịn khác nhau,  dẫn đến cơ tính của vật liệu cũng thay đổi, tạo ra khả năng áp dụng  và phát triển công  nghệ này trong tạo hình vật liệu. Ngoài ra, hợp kim 7075  sau biến dạng ngội có tính dị hướng nên dễ bị phá hủy dẻo dẫn đến nứt, vỡ, để có cấu trúc mịn hơn cần đặt đối áp cao. Điều này làm tăng lực ép nên phương pháp ECAP  thông  thường không  khả thi. Đã đề xuất phương pháp ép phôi nguội có cường độ biến dạng dẻo mãnh liệt hơn, có thể áp dụng  cho phôi kích thước lớn hơn và các loại vật iệu có ít  hệ trượt, khó biến dạng hoặc kim loại  cứng  và siêu hợp kim.

Summary

This paper  presents experimental research outcomes on microstructure and mechanical property  and structure change of fcc materials as  Cu99.9 and  Al alloy 7075  severe plastic  deformed (SPD)  throughout the conventional equal channel angular pressing (ECAP).  Ultrafine-grained structure of materials  has been received leading  to sig- nificant enhance of mechanical properties that create opportunity for production quality improvement in metal form- ing. Research outcomes evidence that to obtain finer microstructure of heterogeneous Al alloy 7075  ahigh  hydro- static pressure must  be  applied  to deform without  ductile  fracture that is unreal  for of conventional metal  forming method. That is why in this paper a technique for cold plastic deformation of hard to deform  metal and supper-alloys is proposed.

 1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Sự  thay  đổi tính  chất ứng  với cấu trúc vật liệu kim loại  ở cấp độ mịn, siêu mịn và nano  khi biến dạng dẻo với cường độ mạnh và mức độ lớn (SPD) rất được quan  tâm nghiên cứu  gần đây. Mới đầu, khi mức độ biến dạng ε tăng, mật độ lệch ρ(ε) cũng tăng theo  tỷ lệ  nhất định.  Trong  trường hợp biến dạng dẻo đạt tới giá trị ε0  nào đó, mật độ lệch tăng đến  giá trị  giới  hạn  ρc0)  sao cho  khi  biến dạng tiếp theo  chúng  ảnh  hưởng  lẫn nhau  và tạo nên hiệu ứng của “tập hợp” lệch. Hiệu ứng tập hợp lệch trong biến dạng lớn đã được nghiên cứu rất nhiều trong  thực  nghiệm và V.V. Rubin  [1] đã tổng hợp kết quả đi đến kết luận rằng tất cả các đường biên đều  được tạo nên  do  hiệu ứng  tập hợp lệch và chúng  cũng tạo ra độ lệch đáng kể của các tinh thể liền kề hay  tạo ra đường biên hạt góc  lớn. Ở mức độ  biến dạng dẻo  nào đó,  hiệu ứng  tập hợp lệch không  chỉ  làm  tinh  thể trượt tịnh  tiến mà còn  bị xoay được.

Tùy thuộc  mức  độ  biến dạng  dẻo, đường  biên hạt tăng, mật độ lệch trong  hạt mới  đầu tăng sau đó giảm, chiều dày đường biên giảm, tỷ lệ số lượng các  nguyên tử  tham  gia  vào đường  biên hạt  và trong hạt cũng  thay đổ. Điều đó dẫn đến tính chất của vật liệu trong phạm vi vĩ mô có thay đổi mạnh.

Để  hiểu rõ  vấn đề  này nghiên cứu  thực  nghiệm được thực hiện đối với Cu 99,9 có tính dẻo cao  và hợp  kim Al 7075  có  tính  dị  hướng  cao  sau biến dạng dẻo nguội để một mặt đánh giá mức độ thay đổi tính chất và cấu trúc vật liệu, mặt khác xem xét điều kiện kỹ thuật và công  nghệ cho vật liệu khác nhau  có thể biến dạng, nhất là sau khi hóa  bền đã biến dạng ở mức  độ lớn. Đặc biệt đối với kim loại và hợp kim khó  biến dạng, bài báo  cũng  đề  xuất một  phương án  thiết  kế công   nghệ  và  thiết  bị chuyên dụng khả thi.

2. THỰC NGHIỆM

Sơ  đồ công  nghệ  ECAP  được  thể hiện trong H.1, trong  đó H.1a  cho  thấy khuôn  được chế  tạo bởi  hai  nửa,  ghép  lại  thành  hình côn  lắp với  áo khuôn  có  độ  côn  tương ứng.  Phôi  được  ép theo chiều thẳng  đứng  và chảy  ngang như  H.1b.  Để đảm bảo  sau những lần ép, phôi được tiếp tục đưa vào lòng khuôn  một cách dễ dàng, bên cạnh rãnh khuôn  ECAP còn có rãnh khuôn  thẳng để ép điều chỉnh kích thước phôi hay  làm tróc  ba via khi cần thiết. H.1c  là mô hình khối của  khuôn  sau  khi đã lắp ráp.

 

Hình 1. Thực  nghiệm ép trong khuôn  ECAP đối với phôi tròn 16x100 mm: a-sơ đồ ghép khuôn; b-khuôn và đồ gá; c-mô  hình: 1-đế khuôn; 2-ống  đỡ; 3-trục dẫn hướng; 4-áo khuôn; 5-khuôn ép

Hình 1. Thực  nghiệm ép trong khuôn  ECAP đối với phôi tròn 16×100 mm: a-sơ đồ ghép khuôn;
b-khuôn và đồ gá; c-mô  hình: 1-đế khuôn; 2-ống  đỡ; 3-trục dẫn hướng; 4-áo khuôn; 5-khuôn ép

Các thiết bị  phục  vụ thử nghiệm thể hiện  trên H.2, thứ tự từ trái sang là máy  ép thủy lực 60 tấn; máy  thử  kéo nén đa  năng, máy  hiển vi điện  tử truyền qua  (TEM) và một số thiết bị gia công  mẫu tại Việt Nam.

Hình 2. Thiết bị dùng trong thử nghiệm: a-máy ép thủy lực 60T; b-máy kéo nén đa năng; c-máy TEM và d-một  số thiết bị chuẩn bị mẫu

Hình 2. Thiết bị dùng trong thử nghiệm: a-máy ép thủy lực 60T; b-máy kéo nén đa năng; c-máy TEM và d-một  số thiết bị chuẩn bị mẫu

Vật liệu ép là Cu 99,9 và hợp kim Al7075 qua ủ và làm nguội trong  lò  để khử bỏ  xử lý nhiệt trước của  nhà cấp nếu có. Cu99,9 có giới  hạn chảy  ban đầu σ0,2 = 75 MPa (≅ 10 ksi) và giới  hạn bền σ = 220 MPa (≅ 32 ksi). Mô hình biến đổi giới hạn chảy của  đồng khi biến dạng nguội đã được A.V.Tretiacov  xác  định là σ0,2 = 75 + 56 ε0,4. Hợp kim Al 7075  có  thành  phần hợp  kim chính  là Zn (5,6÷6,1%);  Mg  (2,1÷2,5%);  và  Cu  (1,2÷1,6   %) còn lại nền Al và các nguyên tố khác. Đặc tính cơ học  của  hợp kim này là σ0,2 = 145 MPa,  σb  = 275 MPa và độ giãn  dài 10 %.

Hình 3. Sản phẩm ép ECAP mẫu tròn Φ16 mm: a-Cu 99,9 sau  2, 4, 8, 12, 16, 20 lần ép; b-mẫu thử kéo; c-Al7075  sau  ép trong kênh gấp khúc song song; d-mẫu soi tổ chức  tế vi

Hình 3. Sản phẩm ép ECAP mẫu tròn Φ16 mm: a-Cu 99,9 sau  2, 4, 8, 12, 16, 20 lần ép; b-mẫu thử kéo; c-Al7075  sau  ép trong kênh gấp khúc song song; d-mẫu soi tổ chức  tế vi

Với mục đích xem xét ảnh  hưởng các thông  số công nghệ ép đến kết quả tạo hình vật liệu, hai loại vật liệu trên sau khi ép các lần khác nhau  không qua  xử lý nhiệt (H.3a,  3c),  được tạo mẫu thử kéo (H.3b) và đổ khuôn  kẹp mẫu để gia công  phục  vụ soi  kim tương (H.3d).  Mẫu hợp kim Al7075  cũng được ép trong khuôn  với hai lần gấp khúc H.4c để giảm số lần thao  tác. Kích thước mẫu kéo Cu99,9 và Al7075  và  số lần ép  cũng   như  kết quả   đo môđun đàn  hồi  và giới  hạn chảy  được  thể hiện trong  bảng  1 và 2. Tất cả  các mẫu đều  được  ép theo  lộ trình sau  mỗi lần ép trước đó xoay một góc 900  để ép tiếp.

Bảng  1. Mẫu thử kéo Cu 99,9 khi đã qua số lần ép ECAP khác nhau

b1-hopkimnhom7075

Bảng 2. Mẫu thử kéo hợp kim Al 7075  khi đã qua số lần ép ECAP khác nhau

b2-hopkimnhom7075

Hình 4. Phổ EDX: a-của  Cu 99,9 và b-hợp kim Al 7075.

Hình 4. Phổ EDX: a-của  Cu 99,9 và b-hợp kim Al 7075.

Hình 5. Quan  hệ ứng suất-biến dạng khi thử kéo Cu 99,9 đã qua ECAP: a-sau  1 lần; b-sau  2 lần; c-sau  3 lần; d-sau  4 lần; e-sau 5 lần và f-sau  8 lần ép

Hình 5. Quan  hệ ứng suất-biến dạng khi thử kéo Cu 99,9 đã qua ECAP: a-sau  1 lần; b-sau  2 lần; c-sau  3 lần; d-sau  4 lần; e-sau 5 lần và f-sau  8 lần ép

Thành  phần hóa  học  của  mẫu được  xác định bằng  phổ EDX (H.4).  Việc chuẩn  bị  mẫu và kết quả thử cơ tính (H.5-7), cũng như ảnh soi trên kính hiển vi  điện tử  truyền qua  (H.8)  được  thực  hiện trên các thiết bị trong nước. Các ảnh  hiển vi điện tử quét SEM (H.9) được thực hiện tại  công  ty ITW – đại  diện  tại  châu  á Thái  Bình Dương của  hãng Buehler  đóng  tại  Hồng  Công,  trong  đó  các ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược (EBSD)  gồm:  ảnh các đường Kikuchi; ảnh  cấp độ và định hướng hạt tinh thể, nhận được trên hin vi điện tử của Trường Đại  học  Tổng hợp  Hồng  Công  do  công  ty ITW thực hiện.

Hình 6. Quan  hệ ứng suất-biến dạng (a) và dữ liệu thô chưa xử lý (b) khi thử kéo Cu 99,9 đã qua ECAP: g-sau  12 lần; i-sau 16 lần và k-sau  20 lần ép

Hình 6. Quan  hệ ứng suất-biến dạng (a) và dữ liệu thô chưa xử lý (b) khi thử kéo Cu 99,9 đã qua ECAP: g-sau  12 lần; i-sau 16 lần và k-sau  20 lần ép

Hình 7. Quan hệ ứng suất-biến dạng khi thử kéo hợp kim Al 7075  đã qua ECAP: a-sau  1 lần ép; b-2 lần; c-3 lần; d-4 lần; e-5 lần và f-sau  8 lần ép

Hình 7. Quan hệ ứng suất-biến dạng khi thử kéo hợp kim Al 7075  đã qua ECAP: a-sau  1 lần ép; b-2 lần; c-3 lần; d-4 lần; e-5 lần và f-sau  8 lần ép

Thành phần đồng nguyên chất của mẫu sau ép được xác  định lại  trên phổ EDX (H.4a).  Phổ EDX của  hợp kim Al 7075  tại  hai điểm đặc trưng khác nhau   cho  thành  phần  khác  nhau:   tại  điểm  nền (không  đưa  ra  ở  đây)  ta  có  thành  phần  nhôm  là 92,46  % các thành  phần Zn, Ag, Mn và O là rất nhỏ  trong  khi đó tại  các điểm có  hạt tiết pha  hóa già có thành phần Al chỉ là 60,27 % (H.4b). Tại các điểm có hạt tiết pha  già hóa  sớm này (pha  η), có thành  phần Mg (6,77  %); Cu (8,03  %); Zn (24,51 %) và Ag (0,42 %) với MgZn2 cấu trúc lục giác  xếp chặt.  Điều  này  làm  cho  vật  liệu  Al7075  có  độ không  đồng  nhất  về thành  phần  pha,  khó  biến dạng và dễ bị vỡ nên khi ép đòi hỏi áp lực thủy tĩnh phải cao.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1.  Biến đổi tính chất-cấu trúc  Cu 999 và hợp kim Al 7075  sau ECAP

Các số liệu về môđun đàn hồi và giới hạn chảy dẻo của  Cu 99,9  và Al7075 sau  ép, (đơn vị  MPa) được trình bày trong bảng  1 và 2 cũng cho thấy khi số lần ép tăng thì đặc tính cơ học  của  vật liệu tăng lên đáng kể. Cụ thể đối với đồng tăng 50 % và hợp kim nhôm  tăng  trên  20 %. Thực  nghiệm này còn cho  thấy giá  trị  tăng cao  nhất chỉ sau lần ép thứ năm đối với đồng và thứ tư đối với nhôm.  Điều này dễ giải thích vì đối với mỗi loại vật liệu, trong điều kiện công  nghệ nhất định kích thước hạt cũng  chỉ đạt  được  giá  trị  tới  hạn ổn định  nào  đó.  Do  đó, những  lần ép tiếp không  dẫn đến kết quả  làm nhỏ hạt và tăng độ bền. Tuy nhiên điều phải tính đến ở đây là quá trình xử lý nhiệt sau ép chưa được thực hiện, trạng  thái  kim loại  chưa ổn  định  nên  khả năng phát triển phá hủy dẻo sớm trong khi thử là rất cao.  Một số nghiên cứu cho thấy ở lần ép thứ 3 và 4 đã có được đường kính hạt khoảng 0,5 m với xác xuất lớn. Trong thực nghiệm này phôi ban  đầu và trong  các lần ép có  dạng hình tròn nên cường độ biến dạng cũng  không  đạt được giá trị cao.

Đặc trưng cơ học  vật liệu đối với  Cu 99,9 và Al 7075,  cụ thể là quan  hệ ứng suất kỹ thuật và biến dạng kỹ thuật của chúng  sau các lần ép khác nhau đã được xử lý từ bảng  dữ liệu thô của  máy kéo – nén, trong đó các dữ liệu ghi của  máy  cung  cấp là thời gian, lực kéo và hành trình. Phân tích cho thấy ở những  lần ép ban  đầu, từ lần 1 đến lần 4 tốc độ hóa   bền tăng  nhanh rõ  rệt,  sau đó hóa   bền bị chậm lại và tính dẻo tăng lên vì điểm cực đại xuất hiện chậm hơn và phần giảm xuống  có chậm hơn chứng  tỏ trở lực phá hủy cao hơn. Điều đó cho thấy tính dẻo có tăng khi số lần ép tăng vì đường biên hạt góc nhỏ biến đổi thành biên hạt góc lớn hơn và quá  trình biến dạng dễ dàng  hơn khi  có  sự tham gia của  biên hạt góc  lớn trong  khi  kích thước hạt thay  đổi ít đi và vai trò hóa  bền cũng  giảm khi số lần ép tăng.

Tất cả các trường hợp đều cho thấy so với giới hạn chảy và giới hạn bền ban đầu sau ủ thì các giá trị sau  ECAP tăng hơn đáng kể. Tuy nhiên mức độ tăng bị hạn chế và sớm đạt tới giá  trị ổn định. Một nguyên nhân là phôi có tiết diện tròn nên cường độ biến  dạng không  cao.  Để các lần ép sau  có  khả năng làm mịn cấu trúc hạt thì sơ đồ biến dạng cần thực  hiện sao cho  quá trình biến dạng  hiệu quả hơn. Việc thay  đổi ép phôi tiết diện hình chữ nhật thay thế cho ép phôi tiết diện tròn sẽ phục  vụ cho mục đích này.

Các ảnh hiển vi điện tử truyền qua cho thấy sau 8 lần ép, Cu 99,9 chứa  các hạt có kích thước nằm trong phạm vi 100 nm. H.8 là hai ảnh  cùng một vị trí với thước đo 200 nm và 100 nm.

Vật liệu Cu  99,9  qua  12  lần ép được soi  trên kính hiển vi SEM có  tích  hợp  môđun EBSP  chụp ảnh  EBSD  ở chế độ điểm cho  các đường Kikuchi (H.9a)  và cho  ảnh  phân bố  kích  thước  hạt  cùng định  hướng  tinh  thể  (H.9b).  ảnh Kikuchi  là các đường biểu thị các mặt tinh thể và các điểm giao nhau  là phương tinh thể đặc trưng cho cấu trúc thể lập phương tâm mặt của  đồng.

Hình 8. ảnh TEM đối với mẫu đồng đã ép 8 lần

Hình 8. ảnh TEM đối với mẫu đồng đã ép 8 lần

Hình 9. ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược của Cu 99,9: các đường Kikuchi (a); phân bố độ hạt và định hướng tinh thể (b)

Hình 9. ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược của Cu 99,9: các đường Kikuchi (a); phân bố độ hạt và định hướng tinh thể (b)

Ảnh hiển vi điện tử tán xạ ngược EBSD  ở chế độ quét (H.9b) cho thấy kích thước đa số hạt sau 8  lần ép đã đạt  được  là 100  nm,  tương ứng  với quan  sát trên TEM (H.8 a và b). So sánh các mầu hạt và các dải mầu Euler cho thấy định hướng tinh thể các hạt cũng phân bố tương đối đồng đều. Như vậy với phương pháp ECAP sau mọt số lần ép, cấu trúc vật liệu và cơ tính vật liệu có thay đổi đáng kể, vật liệu thu được  có  tính  đẳng  hướng.  Tuy nhiên,

để có những đột phá về cấu trúc cần có biện pháp biến dạng mãnh liệt hơn, kích thước hạt đạt được nhỏ  hơn, đồng đều hơn và cũng  phải đảm bảo  vật liệu không  có tích tụ lỗ xốp vi mô dẫn đến tăng độ xốp,  giảm cơ tính và cuối cùng là dễ phá hủy.

So  sánh với lý thuyết và các kết quả  thực nghiệm đã  công  bố  trong  các tài liệu  tham  khảo [1, 2 và 3] cho  thấy các dự kiến về biến  đổi cấu trúc,  tính  chất  là hoàn  toàn  theo  quy  luật nhất định. Không phụ thuộc  loại mạng tinh thể, khi biến dạng sự phát triển cấu trúc tinh thể có ba bước: a) trước hết, mật độ lệch tăng đều từ ≅106  cm-2  đến khoảng ≅108  cm-2;  b) tiếp theo,  mật độ  lệch tiếp tục tăng lên vài bậc và xuất hiện các Búi lệch; c) khi ε =0,1  – 0,2 thì cùng với sự tăng tiếp tục mật độ lệch là sự hình thành vô số các siêu hạt với các đường biên chưa hoàn thiện có độ lệch hướng tinh thể góc  nhỏ  θ ≅ 10. ở bước ba,  xuất hiện biên góc nhỏ của  các siêu hạt là sự thay đổi về chất so với quá  trình biến dạng  nhỏ  trước  đó. Các thông  số đặc  trưng quá  trình biến dạng  dẻo  lớn là: 1-hàm mật độ  xác  xuất phân  bố  siêu hạt;  2-đường  kính trung  bình của  siêu hạt; 3-độ lệch trung  bình góc biên hạt; 4-chiều rộng biên hạt; 5-mật độ lệch trên biên siêu hạt ρb  và 6-mật độ  lệch  trong  thể  tích tinh thể ρ. Các thông  số này đều thay  đổi  trong quá trình biến dạng dẻo (0<ε<0,3) và tiến đến một giới  hạn ổn định Khi ε >0,3. Nhiều tác giả cho thấy khi tăng cao  ε, mật độ lệch còn giảm xuống  trạng thái ban  đầu.

Nhiều quan  sát biến dạng cho  thấy, đối với cả ba  dạng mạng lập phương  tâm mặt, lục giác  xếp chặt  và lập phương tâm khối  tuy có  số mặt  trượt khác  nhau  nhưng quá  trình  biến  dạng  có  những đặc điểm chung  phân chia thành nhiều cấp độ, do hiệu ứng của  tập hợp lệch, tập trung lệch trái dấu tạo nên  các cặp  đường  biên  lưỡng  cực  góc  nhỏ (< 80  ÷ 100); các đường biên được hình thành, tạo ra các biên nhánh (ε=0,4) và có thể dẫn đến khép kín, kết quả  sau biến dạng ta có cấu trúc lớp hay thớ  trong  mỗi  hạt  với  các góc  lệch nhỏ  (10  ÷ 50). Cũng  với  hiệu ứng  tập  hợp  của   lệch,  các lệch đường tạo điều kiện cho tinh thể xoay và làm thay đổi hướng tinh thể của nó gọi là “lệch nghiêng”. Kết quả nghiên cứu này đã dẫn đến kết luận và thực tế đã chứng  minh rằng khi biến dạng dẻo thì quá trình phân chia làm nhỏ hạt xảy ra là tất yếu. Điều quan trọng  là cần thiết kế phương pháp sao  cho vật liệu biến dạng mãnh liệt ở nhiệt độ thấp nhưng không bị phá hủy.

3.2. Giải pháp ép vật liệu khó biến dạng

Hình 10. Phương pháp ép phôi khó biến dạng: a-mô  hình khuôn;  b-khuôn sau  lắp ráp

Hình 10. Phương pháp ép phôi khó biến dạng: a-mô  hình khuôn;  b-khuôn sau  lắp ráp

Hình 11. Sản phẩm tạo hình ECAP

Hình 11. Sản phẩm tạo hình ECAP

Phương  pháp và hệ thống  khuôn  ép phôi  vật  liệu kim loại  và hợp  kim khó  biến dạng đã  được thiết kế, chế tạo và trình bày trên H.10.  Mục đích của  phương pháp là làm tăng kích thước của  phôi cả về chiều dài và diện tích tiết diện, thực hiện biến dạng  dẻo với  cường độ  biến dạng  cao  hơn,  tạo được áp lực thủy tĩnh cao  hơn, có thể ép được kim loại  và hợp kim có  ít  hệ trượt hay  khó  biến dạng. Kết cấu khuôn  bao  gồm:  1-chày ép, 2-tấm trượt, 3 rãnh trượt,  4-lỗ  thông  kết nối,  5-lò xo hãm, 6-bu lông giữ, 7-áo khuôn,  8-tấm lót, 9-cơ cấu định vị,

10-tấm đế, 11-cơ cấu nối đối áp, 12 cơ cấu giữ tấm trượt, 13-cơ cấu nêm côn,  14 cơ cấu tăng áp lực. Bài báo sau chúng  tôi trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống  khuôn này. Tuy là khuôn ghép nhưng có kết cấu vững chắc, có tính điều chỉnh cơ động, dễ lắp ráp, dễ đưa  phôi  vào và lấy  phôi  ra.  Hệ thống  có hai cơ cấu đối áp hãm bên trong và bên ngoài  (không  thể hiện ở  đây)  cùng cơ cấu nâng nhiệt cũng  được chế tạo để có  thể áp dụng  trong các trường hợp cần thiết với mục đính cụ thể [4-5].

Các loại  phôi đồng  và hợp kim nhôm  đã được ép thử nghiệm, trong đó các phôi đã ép 4 và 8 lần có  đối  áp cao  (H.11a  và b).  Phôi  tròn  ép  trong khuôn cũ và phôi vuông ép trong khuôn mới có đối áp thấp đã bị phá hủy dẻo và bị nứt, vỡ sau  4 lần ép (H.11c  và d).  Kết quả  đo  và tính  toán  lực ép cũng như lực đối áp cho giá trị tương đương đã tính trong lý thuyết và mô phỏng. Ưu điểm nổi bật của phương pháp là một  phần lực ma  sát ngoài được tận dụng như lực chủ động đẩy phôi vào vùng biến dạng  dẻo,  lực  đối  áp cũng  trực  tiếp tác  dụng  ở vùng này và các lực dư thừa khác được loại bỏ một cách triệt để.

4. KẾT LUẬN

Vật liệu có nhiều hệ trượt như lập phương tâm diện và lập phương tâm khối có thể đạt được cấp độ  hạt mịn và siêu mịn (d<1 μm) ngay  ở các lần ép thứ 4 và 5. Những  lần ép sau, phụ  thuộc  điều kiện công  nghệ, kích thước hạt đạt giá  trị ổn định và không  nhỏ  hơn nhiều nữa  mà chỉ có tác dụng làm đồng trục và đồng đều  kích thước với tốc  độ rất chậm. Quá trình SPD  xảy ra với nhiều cấp độ làm  mịn  khác  nhau, cấp  độ  “phân hạt”,  cấp  độ “siêu hạt”  với các cơ chế là hiệu ứng của  tập hợp lệch,  trong  đó  có  lệch  và  lệch nghiêng  không những  làm cho  hạt  nhỏ  đi  mà còn  làm thay  đổi định hướng tinh thể.

Các loại vật liệu có nhiều hệ trượt, dễ biến dạng thì có cường độ làm mịn hạt thấp. Các loại vật liệu có ít  hệ trượt, khó biến dạng có cường độ làm mịn hạt cao  nhưng dễ bị phá hủy dẻo dẫn đến nứt vỡ. Nói  chung   điều  kiện  để  vật liệu  khó  biến dạng không  bị phá hủy dẻo là chỉ số trạng thái ứng suất trong vùng biến dạng phải đạt rất cao  ở những  lần ép cuối, điều này làm cho phương pháp ECAP truyền thống  không  khả thi. Bài báo đã đề xuất hệ thống  khuôn  ép trong  phòng  thí nghiệm đảm bảo thực thi đối với các loại vật liệu này.

TÀI LIỆU TRÍCH DẪN

  1. Rubin V.V. Large plastic deformation and fracture of metal, Moscow, Metallurgy,  1986  (in Russian)
  2. Nguyen Dang Khoa, Luu  Phuong Minh,  Dao  Minh Ngung;  Application  of grain refinement  model  to study sever plastic deformation of metal and alloy under  high pressure, The 13th Asian  Foundary Congress (AFC- 13), Hanoi, Vietnam, 28-29/10/2015. Bach  Khoa Publishing house, p.70-76, ISBN  978-604-938-550-6
  3. Shaeri. M.H. et al., Effect of equal channel angular pressing on aging treatment of Al 7075, Tehran, 2014
  4. John Thomas Healey, Guinier Preston zone evolution in 7075 aluminum. A dissertation for the degree of doc- tor of philosophy. University of Florida, 1976
  5. E. K. Cardoso, V. Guido, G. Silva, W. Botta  Filho, A. Jorge  Junior. Microstructural evolution of AA7050 Al alloy processed by ECAP,  Vol.15,  no.2,  Rio de Janeiro,  2010

Bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>