Thông số đông đặc và tổ chức tế vi của thép không gỉ

   Trường nhiệt độ

   Kết quả nghiên cứu số liệu trường nhiệt độ cho hay vùng 2 pha (u_sol < u < u_liq) sau lớp biên tiếp xúc với khuôn đông đặc thì mở rộng dần trong khoảng thời gian lâu hơn. Ví dụ, trong hệ vật đúc thép không gỉ/ khuôn crômit theo sơ đồ mạng sai phân đã chọn (Δx = 1 mm) thì sau khi rót 2 giây vùng này rộng 4 mm, từ thời điểm (3 – 4) giây vùng này rộng 6 mm, từ (5 – 8) giây là 8 mm, rộng nhất là 18 mm ở thời điểm (30 – 34) giây, (38 – 43) giây, (46 – 48) giây rồi lại giảm dần ở những thời điểm tiếp theo cho tới lúc vật đúc hoàn toàn đông đặc (sau 147 giây). Trong hệ vật đúc/ khuôn cát cũng diễn biến tương tự. Vùng 2 pha càng rộng, thời gian đông đặc càng dài càng tạo nên xốp giữa nhánh cây càng nhiều, dễ hình thành khuyết tật vật đúc.

   Tốc độ nguội

   Tốc độ nguội của lớp vỏ ngoài ngay sau khi đông đặc lớn hơn tốc độ nguôi ở tâm vì ở tâm còn chịu ảnh hưởng của nguồn ẩn nhiệt kết tinh, sau khi ảnh hưởng của ẩn nhiệt kết tinh không còn thì tốc độ nguội ở lớp vỏ bên ngoài luôn luôn nhỏ hơn so với lớp vật liệu gần tâm vật đúc do khuôn được tích nhiệt trong quá trình vật đúc đông đặc. Giá trị của tốc độ này giảm dần theo thời gian do tác động “ủ” của khuôn cũng như các lớp vỏ ngoài đối với vỏ trong, nhất là đối với vật liệu vật đúc có điểm chảy cao.

   Ví dụ, ở thời điểm 36 giây thì tốc độ nguội của lớp vỏ ngoài là 72,65°C/s khi đúc trong khuôn crômit, sau 147 giây là 0,32°C/s. Tốc độ khi vật đúc hoàn toàn đông đặc ở thời điểm 149 giây ở lớp vỏ ngoài là 0,31°C/s; ở lớp tâm là 0,94°C/s; tốc độ lớn nhất so với các lớp khác trong cùng một thời điểm là lớp nằm giữa vỏ với tâm vật đúc.

   Ví dụ, ở thời điểm 160 giây, tốc độ nguội ở lớp vỏ cách bề mặt khuôn 2 mm là 0,27°C/s, tốc độ lớn nhất nằm ở lớp cách bề mặt khuôn 14 mm là 1,29°C/s, ở tâm vật đúc là 0,96°C/s; rất dễ gây nên ứng suất nhiệt ở nơi có tốc độ nguội cao nhất, nhất là ở nhiệt độ sau u_sol vì độ bền của thép không gỉ ở nhiệt độ này thấp, nếu nhỏ hơn ứng suất nhiệt rất dễ gây nên nứt.

   Đó là điều mà các nhà công nghệ cần quan tâm nhất là khi hình dáng vật đúc phức tạp, sự chênh lệch nhiệt độ ở các vùng cục bộ tương đối lớn, tốc độ nguội chênh nhau khá nhiều, cần lưu ý tới trường phân bố tốc độ nguội để có biện pháp công nghệ thích hợp loại trừ khuyết tật nói trên.

3.2. Tổ chức tế vi

   Quan sát tổ chức tế vi cũng thấy rõ, ở vùng tốc độ nguội cao độ hạt của thép nhỏ mịn hơn so với tốc độ nguội nhỏ (hình 3).

Hình 3. Tổ chức tế vi của thép ở tốc độ nguội cao (a) và thấp (b), x200

4. Kết luận

   Vật đúc được hình thành trong quá trình đông đặc. Để điều khiển quá trình này nhằm thu được vật đúc hoàn thiện có chất lượng cao cần có những thông tin đáng tin cậy về sự phân bố nhiệt độ trong toàn bộ vật đúc, qua đó điều chỉnh các thông số đông đặc một cách hợp lý, đó là việc cần phải làm mang ý nghĩa thực tiễn trong ngành đúc hiện nay.

[symple_box color=”gray” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]

Tài liệu trích dẫn

1. Phạm Mai Khánh, Nguyễn Đình Bình, Ngô Mạnh Tuấn, Xác định thông số đông đặc bằng mô hình vật lý và mô hình toán học, Tạp chí Khoa học Công nghệ Kim Loại, số 11, 4/2007, tr 35 – 38
2. Nguyễn Đình Bình, Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học, Bộ GDDT, mã số B 2004-28-156 “Mô hình và thuật toán giải một số bài toán nảy sinh trong công nghiệp”, ĐHBK, Hà Nội, 2005
3. Phạm Văn Khôi, Phân tích toán – lý nhằm xác định cơ-lý tính của hỗn hợp làm khuôn đúc, Luận án TSKH, VUT Brno, 1983
4. Đào Hồng Bách, Trường nhiệt độ trong hệ vật đúc và khuôn đúc, Luận án tiến sỹ, ĐHBK, Hà Nội, 1999
5. Phạm Văn Khôi, Đào Hồng Bách, Nguyễn Khải Hoàn, Nguyễn Văn Bằng, Study on the Solidification process of Casting by Mathematical and Physical Models, Seminar on Foundry and Metallurgy Vietnam & Korea, KITECH – HUT, Hanoi, April 8 – 10/ 2002
6. Nguyễn Việt Cường, Lương Thanh Tú, Xác định hệ số khuếch tán nhiệt độ trong khuôn đúc bằng phương pháp sai phân, Báo cáo nghiên cứu khoa học, Khoa Toán tin ứng dụng, ĐHBK, Hà Nội, 2006
7. Lương Thanh Tú, Xác định trường nhiệt độ trong vật đúc (thép không gỉ) và khuôn đúc bằng phương pháp sai phân, Đồ án tốt nghiệp, Chuyên ngành Toán tin, ĐHBK, Hà Nội, 2007

[/symple_box][symple_clear_floats]