Nghiên cứu, dự đoán cấu trúc trong quá trình đông đặc hợp kim nhôm A356 bằng mô hình MCA 2 - D & 3 - D
Tính mới của bài viết đã phân tích mô hình hóa điện toán quá trình đông đặc hình thành cấu trúc vi mô kiểm soát được tính chất vật lý và cơ học của vật liệu, nhưng sự phức tạp của cấu trúc tế vi thường khiến nó khó được mô phỏng bằng các kỹ thuật phân tích hoặc số. » Xem thêm
Tóm tắt nội dung tài liệu
- SỐ 2 (73) 2021
Địa chỉ:
- Số 1: Số 24, Thái Học 2, phường Sao Đỏ, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương
- Số 2: Số 72, đường Nguyễn Thái Học/Quốc lộ 37, phường Thái Học, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương
- Điện thoại: (0220) 3882 269 Fax: (0220) 3882 921 Website: http://saodo.edu.vn Email: info@saodo.edu.vn
Số 2 (73)
2021
TẠP CHÍ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ISSN 1859-4190
Địa chỉ Tòa soạn:
Trường Đại học Sao Đỏ.
Số 24, Thái Học 2, phường Sao Đỏ, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương.
Điện thoại: (0220) 3587213, Fax: (0220) 3882 921, Hotline: 0912 107858/0936 847980. Số 2 (73)
Website: h p://tapchikhcn.saodo.edu.vn/Email: tapchikhcn@saodo.edu.vn.
Giấy phép xuất bản số: 1003/GP-BTTT, ngày 06/7/2011 và Giấy phép sửa đổi, bổ sung số: 293/GP-BTTTT 2021
ngày 03/06/2016 của Bộ Thông n và Truyền thông.
Mã chuẩn quốc tế số: 47/TTKHCN-ISSN, ngày 21/7/2011 của Cục Thông n Khoa học và Công nghệ Quốc gia.
In 2.000 bản, khổ 21 × 29,7cm, tại Công ty TNHH in Tre Xanh, cấp ngày 17/02/2011.
- T
H ỂLỆG
Ử IB
À I
T
Ạ PC
H ÍN
GHIÊ
NCỨUK
HOAH
Ọ C
,TRƯỜ
NGÐ
ẠIHỌCS
A OÐ
Ỏ
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ (ISSN 1859-4190), thường xuyên công bố kết quả, công
trình nghiên cứu khoa học và công nghệ của các nhà khoa học, cán bộ, giảng viên, nghiên cứu sinh, học viên cao
T ổ n g B iê n t ậ p E d it o r -in -C h ie f
học, sinh viên ở trong và ngoài nước.
TS. Đỗ Văn Đỉnh Dr. Do Van Dinh
1.
P h ó T ổ n g b iê n t ậ p V ic e E d it o r -in - C h ie f học thuộc các lĩnh vực: Điện - Điện tử - Tự động hóa; Cơ khí - Động lực; Kinh tế; Triết học - Xã hội học -
TS. Nguyễn Thị Kim Nguyên Dr. Nguyen Thi Kim Nguyen
T h ư k ý Tò a so ạn O ff ic e S e c r e t a r y học; Toán học; Vật lý; Văn hóa - Nghệ thuật - Thể dục thể thao...
TS. Ngô Hữu Mạnh Dr. Ngo Huu Manh 2. Bài nhận đăng là những công trình nghiên cứu khoa học chưa công bố trong bất kỳ ấn phẩm khoa học nào.
3.
H ộ i đ ồ n g B iê n tậ p E d it o ria l B o a rd
NGND.TS. Đinh Văn Nhượng - Chủ tịch Hội đồng Poeple's Teacher, Dr. Dinh Van Nhuong - Chairman
Trường hợp bài báo phải chỉnh sửa theo thể lệ hoặc theo yêu cầu của Phản biện thì tác giả sẽ cập nhật trên
GS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến Prof.Dr. Pham Thi Ngoc Yen
website. Người phản biện sẽ do toà soạn mời. Toà soạn không gửi lại bài nếu không được đăng.
PGS.TSKH. Trần Hoài Linh Assoc.Prof.Dr.Sc. Tran Hoai Linh
4. Các công trình thuộc đề tài nghiên cứu có Cơ quan quản lý cần kèm theo giấy phép cho công bố của cơ
PGS.TS. Nguyễn Quốc Cường Assoc.Prof.Dr. Nguyen Quoc Cuong
quan (Tên đề tài, mã số, tên chủ nhiệm đề tài, cấp quản lý,…).
PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn Assoc.Prof.Dr. Nguyen Van Lien
5.
GS.TSKH. Thân Ngọc Hoàn Prof.Dr.Sc. Than Ngoc Hoan
GS.TSKH. Bành Tiến Long Prof.Dr.Sc. Banh Tien Long 6. Tên tác giả (không ghi học hàm, học vị), font Arial, cỡ chữ 10, in đậm, căn lề phải; cơ quan công tác của các
GS.TS. Trần Văn Địch Prof.Dr. Tran Van Dich tác giả, font Arial, cỡ chữ 9, in nghiêng, căn lề phải.
GS.TS. Phạm Minh Tuấn Prof.Dr. Pham Minh Tuan 7. Chữ “Tóm tắt” in đậm, font Arial, cỡ chữ 10; Nội dung tóm tắt của bài báo không quá 10 dòng, trình bày
PGS.TS. Lê Văn Học Assoc.Prof.Dr. Le Van Hoc
PGS.TS. Nguyễn Doãn Ý Assoc.Prof.Dr. Nguyen Doan Y 8. Chữ “Từ khóa” in đậm, nghiêng, font Arial, cỡ chữ 10; Có từ 03÷05 từ khóa, font Arial, cỡ chữ 10, in
GS.TS. Đinh Văn Sơn Prof.Dr. Dinh Van Son nghiêng, ngăn cách nhau bởi dấu chấm phẩy, cuối cùng là dấu chấm.
PGS.TS. Trần Thị Hà Assoc.Prof.Dr. Tran Thi Ha 9.
PGS.TS. Trương Thị Thủy Assoc.Prof.Dr. Truong Thi Thuy
TS. Vũ Quang Thập Dr. Vu Quang Thap
PGS.TS. Nguyễn Thị Bất Assoc.Prof.Dr. Nguyen Thi Bat
GS.TS. Đỗ Quang Kháng Prof.Dr. Do Quang Khang 10. Bài báo được đánh máy trên khổ giấy A4 (21 × 29,7cm) có độ dài không quá 8 trang, font Arial, cỡ chữ 10,
TS. Bùi Văn Ngọc Dr. Bui Van Ngoc
PGS.TS. Ngô Sỹ Lương Assoc.Prof.Dr. Ngo Sy Luong
PGS.TS. Khuất Văn Ninh Assoc.Prof.Dr. Khuat Van Ninh
Prof.Dr.Sc. Pham Hoang Hai Trong trường hợp hình vẽ, hình ảnh có kích thước lớn, bảng biểu có độ rộng lớn hoặc công thức, phương
GS.TSKH. Phạm Hoàng Hải
trình dài thì cho phép trình bày dưới dạng 01 cột.
PGS.TS. Nguyễn Văn Độ Assoc.Prof.Dr. Nguyen Van Do
Assoc.Prof.Dr. Doan Ngoc Hai
11. Tài liệu tham khảo được sắp xếp theo thứ tự tài liệu được trích dẫn trong bài báo.
PGS.TS. Đoàn Ngọc Hải
PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hà Assoc.Prof.Dr. Nguyen Ngoc Ha - Nếu là sách/luận án: Tên tác giả (năm), Tên sách/luận án/luận văn, Nhà xuất bản/Trường/Viện, lần xuất
bản/tái bản.
B a n B iê n tậ p E d it o ria l - Nếu là bài báo/báo cáo khoa học: Tên tác giả (năm), Tên bài báo/báo cáo, Tạp chí/Hội nghị/Hội thảo, Tập/
Kỷ yếu, số, trang.
ThS. Đoàn Thị Thu Hằng - Trưởng ban MSc. Doan Thi Thu Hang - Head
ThS. Đào Thị Vân MSc. Dao Thi Van
- Nếu là trang web: Phải trích dẫn đầy đủ tên website và đường link, ngày cập nhật.
12.
THÔNG TIN LIÊN HỆ:
Địa chỉ Tòa soạn:
Trường Đại học Sao Đỏ. Ban Biên tập Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ
Số 24, Thái Học 2, phường Sao Đỏ, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương. Phòng 203, Tầng 2, Nhà B1, Trường Đại học Sao Đỏ
Điện thoại: (0220) 3587213, Fax: (0220) 3882 921, Hotline: 0912 107858/0936 847980. Địa chỉ: Số 24 Thái Học 2, phường Sao Đỏ, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương
Website: h p://tapchikhcn.saodo.edu.vn/Email: tapchikhcn@saodo.edu.vn.
Điện thoại: (0220) 3587213, Fax: (0220) 3882921, Hotline: 0912 107858/0936 847980
Giấy phép xuất bản số: 1003/GP-BTTT, ngày 06/7/2011 và Giấy phép sửa đổi, bổ sung số: 293/GP-BTTTT
ngày 03/06/2016 của Bộ Thông n và Truyền thông. Email: tapchikhcn@saodo.edu.vn
Mã chuẩn quốc tế số: 47/TTKHCN-ISSN, ngày 21/7/2011 của Cục Thông n Khoa học và Công nghệ Quốc gia.
In 2.000 bản, khổ 21 × 29,7cm, tại Công ty TNHH in Tre Xanh, cấp ngày 17/02/2011.
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- TẠP CHÍ
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG SỐ NÀY
ĐẠI HỌC SAO ĐỎ Số 2(73) 2021
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
Nghiên cứu bộ điều khiển trượt chống rung và mô phỏng 5 Lê Ngọc Trúc
cho tay máy robot VNR - T1 5 bậc tự do Trần Văn Chi
Nguyễn Hữu Hải
Nguyễn Danh Huy
Nguyễn Trọng Các
Nguyễn Tùng âm
Phương pháp điều khiển chế độ trượt phân cấp - mờ thích 14 Trần Thị Điệp
nghi mới cho một lớp các hệ thống Under - Actuated Dương Thị Hoa
Nguyễn Thị Sim
Thiết kế anten cho hệ thống vô tuyến khả tri sử dụng tụ Nguyễn Việt Hưng
điện có điện dung biến thiên dựa trên vật liệu điện môi Nguyễn Trọng Các
màng mỏng
Thiết kế điều khiển tốc độ động cơ đồng bộ nam châm Lê Đức Thịnh
vĩnh cửu sử dụng thuật toán Backtepping kết hợp bộ quan Nguyễn Đạt Thịnh
sát nhiều High-gain Trần Văn Khoa
Lê Nam Dương
Vũ Hoàng Phương
Nguyễn Trọng Các
Nguyễn Hữu Hải
Nguyễn Tùng Lâm
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ miết ép đến Nguyễn Văn Hinh
độ nhám bề mặt của chi ết máy
Nghiên cứu một số thông số máy may ảnh hưởng tới độ bền 42 Tạ Văn Hiển
và tổn thương đường may 301 trên vải giả da Nguyễn Thị Hằng
Mạc Thị Hà
Ảnh hưởng tải trọng đến khả năng tự hồi phục mòn của phụ 49 Nguyễn Đình Cương
gia nano TiC trong dầu bôi trơn CF-4 15W/40
ghiên cứu, dự đoán cấu trúc trong quá trình đông đặc hợp 55 Vũ Hoa Kỳ
kim nhôm A356 bằng mô hình MCA 2-D&3-D Đào Văn Kiên
Mạc Thị Nguyên
Dương Thị Hà
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- TẠP CHÍ
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG SỐ NÀY
ĐẠI HỌC SAO ĐỎ Số 2(73) 2021
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất 65 Trần Hải Đăng
lượng sản phẩm trong công nghệ dập thuỷ nh phôi tấm bằng Vũ Hoa Kỳ
mô phỏng số Nguyễn Thị Liễu
Nguyễn Thị Thu
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian in chuyển Đỗ Thị Thu Hà
nhiệt đến độ rạn bề mặt in trên vải Pe/Co Nguyễn Quang Thoại
Đỗ Thị Tần
NGÀNH KINH TẾ
Ứng dụng lý thuyết tín hiệu đánh giá giá trị chương Nguyễn Minh Tuấn
trình đào tạo bậc đại học của khoa Điện, Trường Đại học Trần Thị Hằng
Sao Đỏ Nguyễn Thị Ngọc Mai
NGÀNH NGÔN NGỮ HỌC
Một vài suy nghĩ về việc dạy kỹ năng nghe hiểu tiếng Nguyễn Thị Lan
Trung Quốc cho sinh viên trình độ sơ cấp khoa Du lịch và Bùi Thị Trang
Ngoại ngữ, Trường Đại học Sao Đỏ
LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion chì trong dung dịch Vũ Hoàng Phương
nước của vật liệu chế tạo từ đất sét Trúc Thôn và tro trấu Nguyễn Ngọc Tú
Mạc Thị Lê
Tách chiết Anthraquinone từ rễ cây ba kích ( Trần Thị Dịu
o cinalis), ứng dụng sản xuất kẹo cứng Bùi Văn Tú
LIÊN NGÀNH TRIẾT HỌC - XÃ HỘI HỌC - CHÍNH TRỊ HỌC
Một số cơ sở lý luận và yêu cầu, quy trình xây dựng, áp Nguyễn Thị Kim Nguyên
dụng bộ chỉ số KPI trong giao và đánh giá hiệu quả công
việc tại các trường cao đẳng, đại học hiện nay
Học tập tấm gương làm việc trách nhiệm, khoa học, Nguyễn Thị Nhan
đổi mới của hủ tịch Hồ Chí Minh trong xây dựng tác phong
làm việc cho giảng viên các trường đại học hiện nay
Một số giải pháp góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động Phạm Thị Hồng Hoa
ngoại khóa các học phần lý luận chính trị cho sinh viên Nguyễn Thị Tình
Trường Đại học Sao Đỏ
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
SCIENTIFIC JOURNAL
SAO DO UNIVERSITY No 2(73) 2021
TITLE FOR ELECTRICITY - ELECTRONICS - AUTOMATION
Processor in the loop simula on based an cha ering sliding 5 Le Ngoc Truc
mode control for 5 - d of robot VNR-T1 Tran Van Chi
Nguyen Huu Hai
Nguyen Danh Huy
Nguyen Trong Cac
Nguyen Tung Lam
A novel adap ve fuzzy hierarchical sliding mode control 14 Tran Thi Diep
method for a class of Under - Actuated SIMO system Duong Thi Hoa
Nguyen Thi Sim
An antenna co-design for cogni ve radio systems using thin Nguyen Viet Hung
lm barium stron um tanate varactor Nguyen Trong Cac
Backstepping based speed control of permanent magnet Le Duc Thinh
motors with high-gain disturbance observer Nguyen Dat Thinh
Tran Van Khoa
Le Nam Duong
Vu Hoang Phuong
Nguyen Trong Cac
Nguyen Huu Hai
Nguyen Tung Lam
TITLE FOR MECHANICAL AND DRIVING POWER ENGINEERING
Research on the in uence of technology parameters Nguyen Van Hinh
oscilla ng smoothing on the surface roughness of the
machine part
Research on some sewing machine parameters that a ect 42 Ta Van Hien
seam strength and damage 301 in coated fabric Nguyen Thi Hang
Mac Thi Ha
oads e ect on self-recovering abrasive capable of nano T C 49 Nguyen Dinh Cuong
addi ve in CF-4 15W/40 lubricant
Research and simula on structure of A356 alloy when 55 Vu Hoa Ky
solidi ca on by MCA 2-D and 3-D Dao Van Kien
Mac Thi Nguyen
Duong Thi Ha
Research on the e ect of technology parameters on the 65 Tran Hai Dang
product quality in hydrosta c forming for sheet metal by Vu Hoa Ky
simula on Nguyen Thi Lieu
Nguyen Thi Thu
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
SCIENTIFIC JOURNAL
SAO DO UNIVERSITY No 2(73) 2021
TITLE FOR MECHANICAL AND DRIVING POWER ENGINEERING
Study the e ects of temperature and thermal tranfer prin ng Do Thi Thu Ha
me to the point of cracking on the Pe/Co fabric print surface Nguyen Quang Thoai
Do Thi Tan
Applica on of signal theory to evaluate the value of the Nguyen Minh Tuan
undergraduete training program of the faculty of lectricity, Tran Thi Hang
Sao Do University Nguyen Thi Ngoc Mai
TITLE FOR STUDY OF LANGUAGE
Some considera on on teaching Chinese listening 1 uyen Thi Lan
comprehension skills for elementary-level students in Faculty
Bui Thi Trang
of Tourism and Foreign languages, Sao Do University
TITLE FOR CHEMISTRY AND FOOD TECHNOLOGY
Study on capacity adsorp on of lead ion in water solu on of Vu Hoang Phuong
materials prepared from Truc Thon clay and rice husk ash Nguyen Ngoc Tu
Mac Thi Le
Extract of anthraquinone from (Morinda o cinalis) root for Tran Thi Diu
produc on of hard candy Bui Van Tu
TITLE FOR PHILOSOPHY - SOCIOLOGY - POLITICAL SCIENCE
A number of theore cal and prac cal bases for building and Nguyen Thi Kim Nguyen
applying KPI indicators in assigning and evalua ng work
performance at colleges and universi es today
Study responsible, scien c, innova on work example of Nguyen Thi Nhan
President Ho Chi Minh in building working style for lecturers
at present universi es
Some solu ons to improve e ciency external course poli cal Pham Thi Hong Hoa
theory for students of Sao Do University Nguyen Thi Tinh
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Nghiên cứu, dự đoán cấu trúc trong quá trình đông đặc hợp kim
nhôm A356 bằng mô hình MCA 2-D và 3-D
Research and simula on structure of A356 alloy when solidi ca on by
MCA 2-D and 3-D
Vũ Hoa Kỳ*, Đào Văn Kiên, Mạc Thị Nguyên, Dương Thị Hà
*Email: kyhoavu@gmail.com
Trường Đại học Sao Đỏ
Ngày nhận bài: 03/4/2021
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 14/6/2021
Ngày chấp nhận đăng: 30/6/2021
Tóm tắt
Bài báo đã phân tích mô hình hóa điện toán quá trình đông đặc hình thành cấu trúc vi mô kiểm soát được tính
chất vật lý và cơ học của vật liệu, nhưng sự phức tạp của cấu trúc tế vi thường khiến nó khó được mô phỏng
bằng các kỹ thuật phân tích hoặc số. Thuật toán mô hình MCA 2-D & 3-D cho phép triển khai dữ liệu cấu trúc vi
mô từ các thí nghiệm có thể phân tích các hiện tượng chuyển hóa kể cả nhiệt, chất và dòng chảy trong các quá
trình đông đặc khác nhau. Mô hình hóa sự so sánh của mô hình khẳng định được quá trình đông đặc với các dự
đoán trong lý thuyết và cả các phép đo thực nghiệm cho hợp kim A356.
Từ khóa: Cấu trúc tế vi A356; mô hình hóa MCA (Mô hình khớp nối mới lạ).
Abstract
Computer modeling of the solidi cation process forming a microstructure controls the physical and mechanical
properties of the material, but the complexity of the microstructure often makes it dif cult to simulate using
techniques. The MCA 2-D & 3-D modeling technique allows the deployment of microstructure data from
experiments that can analyze metabolic phenomena including heat, substance and ow in other solidi cation
processes. together. The comparison of the model con rmed the solidi cation process with theoretical predictions
and also experimental measurements for the A356 alloy.
: Microstructure A356; modeling MCA (Monte Carlo novel model of coupling).
1. ĐẶT VẤN ĐỀ của các loại mô hình tiền thân và cổ điển để dự đoán
chuyển hoá cấu trúc trong quá trình đông đặc hợp kim
Việc điều chỉnh cấu trúc kết tinh là điều quan trọng mà chưa có nghiên cứu nào được công bố.
hàng đầu để điều chỉnh các tính chất và chất lượng của
sản phẩm đúc thành phẩm trong công nghệ đúc hiện Mô hình tiền thân được dựa trên cơ sở các công thức
đại. Việc dự đoán chuyển hoá cấu trúc trong quá trình toán học cơ bản về một số lượng yếu tố, trước hết phát
đông đặc các hợp kim là yếu tố then chốt trong kiểm triển mô hình nảy mầm, phát triển mầm và sự tác động
soát, điều chỉnh cấu trúc đông đặc. Hơn mười năm của các hạt đẳng trục trong quá trình đông đặc. Theo
gần đây đã có rất nhiều nghiên cứu về quá trình đông một số công trình đã công bố gần đây, thì mô hình tiền
đặc hợp kim nhôm nhưng mô hình hoá điện toán đã thân đã có được những tiến bộ lớn trong kết nối với
có thể cho phép mở rộng phạm vi ứng dụng toán học những tính toán trường nhiệt vĩ mô tới mô hình hóa
để giải quyết các vấn đề phức tạp. Nó như một công quá trình đông đặc và những đặc trưng của cấu trúc
cụ mạnh và quan trọng để dự doán trước sự chuyển chuẩn mực, như cỡ hạt, phát triển cành hình cây thứ
hoá cấu trúc trong các quá trình đông đặc khác nhau. cấp và kiểu thiên tích, ở phạm vi của quá trình hoàn
Đây là công trình nghiên cứu với những tiến bộ có ý chỉnh. Tuy vậy mô hình tiền thân nói chung được làm
nghĩa của kỹ thuật mô hình hóa tính toán đã làm cho ra gần vị trí của mặt đông đặc theo thời gian. Người
nó có thể phân tích các hiện tượng chuyển hoá kể cả ta hoàn toàn có thể dự đoán được sự cạnh tranh hạt
nhiệt, chất và dòng chảy trong vùng mềm khi đông đặc trong miền kết tinh hình trụ và kết hợp với chuyển hóa
đạt tới mức cao của các chi tiết dẫn đến sự phát triển ô mạng mà không thể nhìn thấy thực tế cấu trúc tế vi.
So với mô hình tiền thân, các mô hình cổ, Monte Carlo
(MC) và mô hình ô mạng tự động (CA) có nhiều ưu
Người phản biện: 1. PGS. TS. Hoàng Văn Gợt điểm về dự đoán trước các nét cấu trúc tế vi như dạng
2. PGS. TS. Trần Vệ Quốc hình và kích cỡ từng hạt cấu hình riêng biệt. Đặc biệt
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
mô hình CA, trước đây đã được Rappaz và cộng sự về kỹ thuật mô phỏng số để dự đoán chính xác, định
ứng dụng, nó dựa trên cơ sở xem xét cơ chế vật lý lượng quá trình chuyển hóa cấu trúc. Tuy vậy, mô hình
về động năng của quá trình hình thành và lớn mầm này có những hạn chế rõ rệt. Chúng cần có các thiết bị
các tinh thể hình cây định hướng. Cơ chế của phát điện toán có công suất và phạm vi tính toán lớn. Vì nó
triển cạnh tranh các hình cây đã được gắn với thuật rất cần thiết cho áp dụng thực tế phức tạp. Mặt khác khi
toán mô hình CA. Và vì thế mô hình CA có thể định tập trung vào ứng dụng thực tế các mô hình cấu trúc;
lượng tiến hành mô phỏng theo thời gian về sự chuyển các mô hình điện toán ô mạng, mô hình này cho hiệu
hóa cấu trúc mà ở đó các hạt riêng biệt, dạng hình và quả tính toán cao, phạm vi tính toán rộng, và dễ dàng
cỡ kích của chúng có thể được minh họa bằng sơ đồ áp dụng vào thực tế với các vấn đề phức tạp. Tuy vậy,
hoá. Hàng loạt nghiên cứu sử dụng mô hình ô mạng tự mô hình MCA còn một số hạn chế như: Đẳng hướng
động 2 và 3 biến kết hợp cùng với phương pháp khối nhân tạo gây ra do ô mạng vuông của mô hình CA hoặc
lượng hạn chế hoặc phương pháp yếu tố hạn chế để phụ thuộc kích cỡ lỗ ô mạng [7, 8]. Hình 1 cho thấy
tính toán trường nhiệt vĩ mô đã đạt được thông báo về phạm vi độ lớn của các mô hình cấu trúc đặc trưng.
mô phỏng cấu trúc hạt kết tinh hình thành các quá trình
* Các mô hình định hướng nghiên cứu:
kết tinh khác nhau [2, 3].
- Các mô hình phân tích.
Tuy nhiên, cần biết rằng các mô hình cổ CA như đã nói
ở trên có những hạn chế như không thể diễn tả được - Chuyển hóa chuẩn.
cụ thể quá trình chuyển hóa cấu trúc bao gồm nhánh - Các mô hình pha nền.
thân cây, phân bố lại chất tan và hình thành các pha
* Ưu điểm của nhóm tiền thân MCA:
thứ cấp (Eutectic). Để khắc phục những hạn chế của
mô hình CA, người ta đã xây dựng mô hình ô mạng - Trên cơ sở nhiệt động học.
tự động sửa đổi MCA, nó có thể diễn đạt được quá - Dự đoán cấu trúc chính xác.
trình chuyển hóa các nét phát triển của cấu trúc hình
* Nhược điểm của nhóm tiền thân MCA:
cây, bao gồm phát triển và lớn lên của các thân cây
sơ cấp, các cành của các nhánh hình cây thứ hai và - Cần có lực điện toán máy tính mạnh.
thứ ba như phân bố lại chất tan có tiến triển. Mô hình - Phạm vi tính toán bị hạn chế.
MCA có thể được sử dụng để dự đoán trước sự phát
triển đa thân cây trong quá trình đông đặc các hợp b. Nhóm cổ điển CA
kim, sự chuyển hóa cấu trúc không hình cây hoặc hình
Phương pháp mô hình ô mạng tự động cổ thích hợp
cầu trong quá trình đúc bán lỏng và sự hình thành cấu
trúc Eutectic trong cả 2 hệ hợp kim Eutectic đều và để mô phỏng cấu trúc vĩ mô có phạm vi cỡ kích rộng
không đều, không mặt/không cạnh (non-faceted/non như các hạt đông đặc, xê dịch từ mm đến cm hoặc m.
faceteted) [5, 6]. Mô hình pha nền bao gồm phương Còn mô hình pha nền là thích hợp cho cấu trúc vi mô
trình bảo toàn chất tan cùng với diễn đạt nhiệt động và như thù hình phát triển cấu trúc hình cây, độ lớn từ mm
vật lý của quá trình khuếch tán trên biên giới pha, nó đến mm. Như vậy có khoảng trống giữa mô hình pha
được ứng dụng để mô hình hóa sự phát triển lớn lên
nền và mô hình cổ CA. Theo những nghiên cứu trước
của hình cây Eutectic và Peritectic. Tuy nhiên, mô hình
pha nền hiện tại cũng còn bị hạn chế do phạm vi tính đây mô hình CA cải tiến có thể là cầu nối của khoảng
toán còn quá nhỏ vì hạn chế cỡ kích ô và khả năng giải trống đó. Động học phân tử và mô phỏng nguyên tử
quyết điện toán có liên quan. được xem xét thích hợp để mô hình hoá cấu trúc có
cỡ kích nanômét-nm như hình thành mầm và thù hình
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU
nguyên tử trên biên giới pha đặc/lỏng.
2.1. Các mô hình ền thân và cổ Stochas c đông đặc
* Các mô hình cổ điển:
hợp kim nhôm A356
- Phương pháp carlo Method.
Khi chúng ta xem xét mục đích của mô hình hóa sự
chuyển hóa cấu trúc trong quá trình đông đặc hợp kim - Các mô hình ô mạng tự động.
có 2 mặt: Thứ nhất nếu như đặt tầm quan trọng về vật + Ô mạng tự động cổ.
lý, hiểu về định lượng của các hiện tượng vật lý là một
mặt quan trọng. Mặt khác nếu như đặt tầm quan trọng + Ô mạng tự động cải tiến.
ở thực tế thì là rất quan trọng ở việc đưa các mô hình * Ưu điểm của mô hình cổ điển:
cấu trúc vào ứng dụng thực tế.
+ Hiệu quả cao trong điện toán.
Mô hình chuyển hóa cấu trúc trong quá trình đông đặc
hợp kim có thể phân ra làm 2 nhóm: + Phạm vi điện toán rộng.
a. Nhóm ền thân MCA + Dễ dàng ứng dụng vào thực tế.
Trong số những mô hình tiền thân, mô hình pha nền là * Nhược điểm của mô hình cổ điển:
trên cơ sở nhiệt động học xem xét giải quyết chủ yếu + Không định hướng nhân tạo.
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Mô hình ô mạng tự động cải tiến
Mô hình ô mạng tự động cổ điển
Các mô hình pha nền
Chuyển hoá chuẩn
Động học phân tử
Mô phỏng nguyên tử
Mức thô đại Mức trung gian Mức micro Mức nanô
(mm ~ cm, m) (µm ~ cm) (nm ~ µm) (~ nm)
- Các cấu trúc hạt kết tinh - Các cấu trúc, CET - Thù hình lớn lên - Hình thành mầm (tụ đám)
- CET - Thù hình hình cây hình cây - Thù hình biên pha lỏng/rắn
- Hổng - SDAS - Chuyển hoá hình - Gắn kết nguyên tử
cây phẳng và tế bào
- Thiên tích thô đại - Thiên tích ơtéctic,
Eutectic peritectic
ơtectic,
Eutectic peritectic…
- Hổng co thắt… - Hổng vi lượng
Hình 1. Phạm vi rộng lớn của mô hình nh toán
2.2. Diễn tả mô hình và phương pháp nh toán bào ô mạng hình thành mầm hoặc đông đặc kết tinh
mầm sẽ phát triển lớn mầm với định hướng tinh thể.
a. Diễn tả mô hình
Tốc độ phát triển lớn mầm của các tế bào ô mạng phụ
Mô hình MCA hiện tại còn chứa các khía cạnh xác suất thuộc vào quá trình làm nguội. Làm nguội vùng theo
của mô hình ô mạng cổ như hình thành mầm dị thể, các thời gian tn, DT(tn), được xác lập bằng tổng của 3 yếu
định hướng phát triển ưu tiên của các mầm hình thành tố chất tan, nhiệt và đường cong biến thiên cụ thể:
và động lực học phát triển thành các thân cây. Tuy vậy
sự khác biệt từ mô hình cổ CA trong nó chỉ trường DT(tn), = To - T(Tn) + m·(C(tn) - (Co)- G K(tn) (1)
nhiệt độ là được xác lập, mô hình MCA cũng được tính
Ở đây:
toán để xây dựng các đường cong phụ thuộc và phân
bố lại chất tan trong pha lỏng và rắn trong quá trình To và Co là nhiệt độ cân bằng lỏng và nồng độ ban đầu.
đông đặc. Các ảnh hưởng của quá trình làm nguội phi Trong sự lớn mầm Eutectic thì To và Co là nhiệt độ và
tuyến tính và tuyến tính kết hợp tới cân bằng nhiệt độ
biên pha. Phạm vi tính toán được phân chia đến dạng nồng độ Eutectic. G là hệ số Gibbs-Thomson, còn K(tn),
hình ô mạng tế bào vuông 2 biến (2-D) và dạng hình T(tn) là đường cong biến thiên, nồng độ và nhiệt độ
ô mạng tế bào lập phương 3 biến (3-D). Mỗi một ô của tế bào ô mạng ở biên pha rắn/lỏng tại thời điểm tn
mạng tế bào được đặc trưng bởi các biến khác nhau đã được xác định. Việc xác lập đường cong biến thiên
(như nhiệt độ, nồng độ, hướng kết tinh hình học và tỷ biên pha có thể tìm thấy ở các tài liệu đã công bố [23,
lệ đông đặc) và các trạng thái (lỏng, rắn). Trong trường 26]. Độ lớn của các tế bào ô mạng tại thời điểm tn là
hợp mô phỏng Eutectic thì các tế bào đông đặc được
l(tn) được xác lập như sau:
đặc trưng bởi pha α hoặc b. Việc xác định các tế bào ô
N
mạng liền kề, lân cận và bao quanh của lớp thứ nhất,
[9,11] cho các bài toán 2-D và 3-D được hiện thực. Các
-1
l(tn) = (cosq + /sinq/) ( å{v[ DT (t
n =1
n ) ].DTn }) (2)
ô mạng tự động tạo ra trong các thời gian riêng biệt và
trạng thái của các ô mạng ở thời gian riêng biệt được Ở đây:
tính toán từ các qui tắc vùng như sự hình thành mầm DT là bước thời gian;
kết tinh và động học lớn mầm kết tinh. Việc phân bố lại
chất tan và khuếch tán trong pha lỏng, rắn được xác q là góc của hướng phát triển của tế bào rắn hợp với
lập nhờ phương pháp khối có giới hạn [13]. đường giữa tế bào rắn này với tế bào lỏng liền kề, còn
N là số tương tác;
b. Các phương pháp nh toán, xác lập sự hình thành và
lớn mầm cấu trúc v[DT(tn)] là tốc độ phát triển lớn mầm. Quan hệ giữa tốc
độ làm nguội vùng và lớn mầm của pha sơ cấp hoặc
Mô hình ô mạng tự động mới tính toán về động lực học
pha Eutectic còn có thể tìm thấy ở trong này. Và như
hình thành và lớn mầm cấu trúc. Mô hình hình thành
mầm tiếp theo được sử dụng để diễn tả quá trình hình vậy tỷ lệ phần trăm rắn của tế bào ô mạng nhận được
thành mầm không đồng nhất trong pha lỏng [14]. Tế ở thời điểm nhất định fs(tn) được diễn đạt như sau:
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
k là hệ số phân chia phần. Số hạng thứ 2 bên phải của
IV = (3) phương trình (7) chỉ ra số lượng chất tan loại ra ở biên
pha rắn/lỏng.
Ở đây: Phương trình chính để diễn đạt quá trình khuếch tán
L là bề rộng tế bào ô mạng của ô mạng CA. Khi fs(tn) trong pha rắn như sau:
≥ 1 thì tế bào liền kề sẽ chuyển hoá trạng thái của nó ¶C
từ lỏng sang rắn và có cùng số liệu định hướng như tế r = rDs .Ñ 2 C (8)
bào rắn. Cụ thể của thuật toán mầm cấu trúc hình cây ¶t
2-D và 3-D. Lấy thí dụ mô hình MCA xác lập để phân Ở đây:
bổ lại chất tan cả ở pha lỏng và rắn trong quá trình là hệ số khuếch tán chất tan trong pha đặc.
s
đông đặc. Các phương trình chủ yếu và sự sắp xếp
theo hệ thống sự phân tán chất tan có quan hệ với sự Thuật toán Simpler được áp dụng để giải các phương
phân bố lại chất tan, ở đó miền tan là giả thiết chính để trình động lượng và liên tiếp, phương trình (4) và (5)
điều chỉnh khuếch tán [12]. sử dụng các đường kẻ ô và lai ghép bố trí. Trên cơ
sở tính toán tốc độ ở các tế bào ô mạng CA, thì các
2.3. Mô hình MCA kết hợp với dòng đúc lỏng phương trình chuyển hoá các phần tử nhỏ cả ở lỏng
và rắn được giải quyết bởi sự bố trí hoàn toàn tuyệt
Để phỏng đoán được cấu trúc hình cây đông đặc trong
đối và thuật toán lập phương (ba chiều) (TDMA). Bố
đúc rót hợp kim lỏng, mô hình ô mạng cải tiến MCA để
trí lai ghép được sử dụng để đánh giá cả giới hạn đối
mô phỏng sự chuyển hoá cấu trúc là cùng với mô hình
lưu và khuếch tán. Trên cơ sở hình dáng tính toán
điện toán liên tục để mô phỏng sự chuyển hoá chất
chất tan, thì làm nguội vùng và tốc độ phát triển mầm
tan bằng đối lưu và khuếch tán trong khi đông đặc hợp
của tế bào ô mạng biên pha được tính toán theo
kim. Các phương trình để chuyển hoá dòng đúc lỏng
các phương trình (1) đến (3). Ở bước này việc bố
được diễn đạt như sau [20, 23].
trí lại quanh các tế bào đông đặc được xác lập theo
Phương trình chảy liên tục: công thức (6). Các tế bào đông đặc mới được xem
(4) xét như những trở ngại cho bước tiếp theo của quá
Ñ.u = 0
trình mô phỏng dòng đúc lỏng. Sử dụng mô hình tốc
Phương trình Navier-Stokes: độ và chất tan, thì việc xác lập dòng chảy ở vùng
lỏng có thể được liên tục. Các thông số nhiệt và vật
¶u
r + r u.Ñu = -ÑP + Ñ(µ..Ñu) (5) lý trong mô phỏng hiện tại đã được công bố trong
¶t các công trình [7].
Ở đây:
3. KẾT QUẢ - THỰC NGHIỆM BẰNG MÔ HÌNH MCA
X là véctơ tốc độ; 2-D và 3-D [23]
r là mật độ còn; 3.1. Dự đoán cấu trúc đông đặc bằng mô hình MCA
là áp suất thuỷ lực. 2-D và 3-D
Đặt giả thiết rằng nồng độ của các pha rắn, lỏng ở biên Mô hình MCA 2-D & 3-D giúp cho quá trình đông đặc
pha rắn, lỏng là cân bằng. Khi đông đặc ở biên pha định hướng được cấu trúc của hợp kim, sự phát triển
rắn/lỏng xảy ra, thì các phần phân chia giữa lỏng và của cấu trúc hạt với tốc độ làm nguội, sau đây là một
rắn được xác lập theo công thức sau: số kết quả mô hình.
C s* = kC l* (6) Để mô phỏng thì phạm vi tính toán được chia vào
400×330 tế bào với kích cỡ 1 tế bào là 3 mm. Trường
Ở đây:
nhiệt độ bên trong phạm vi điện toán được giả thiết
k là hệ số phân chia, còn V và là các nồng độ cân là có hình. Điều đó có thể làm sáng tỏ từ các hình mà
bằng tương ứng trên biên pha lỏng/rắn. với việc tăng tốc độ làm nguội, thì thù hình pha sơ
Các phương trình chủ yếu để phân bố lại chất tan ở cấp sẽ chuyển hóa dần từ dạng cầu sang dạng các
cả 2 đối lưu và khuyếch tán trong lỏng được diễn đạt hình hoa thị và cuối cùng là các cấu trúc hình cây.
như sau: Mô hình MCA 2-D được mở rộng tới 3 biến để mô
phỏng chuyển hóa cấu trúc 3-D trong quá trình đông
¶C ¶f (7)
r + r u.ÑC = rDl .Ñ 2 C + rC (1 - k ) s đặc hợp kim.
¶t ¶t
Hình 2 cho thấy thí dụ về mô phỏng số, nó chỉ ra sự lớn
Ở đây: lên mầm cạnh tranh của các hình cây trong quá trình
t là thời gian; đông đặc định hướng của hợp kim succinotrile -1,3%
accton. Hình 2a ở phía bên trái cho thấy kết quả thực
là hệ số khuyếch tán chất tan trong lỏng;
s
nghiệm của Esaka năm 1986, ta có thể nhận thấy rằng
fs là tỷ lệ phần trăm. cấu trúc đông đặc có thể nằm ở dạng hình trụ, dạng
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
nhánh cây hình xiên một cách hỗn độn không đồng Mô phỏng
nhất, Hình 2b cho thấy cấu trúc hạt mô phỏng bằng mô
hình CA-FE năm 1994 cho ta biết được cấu trúc đông
đặc đồng nhất và bề mặt ít xuất hiện các dạng mầm
tinh thể dạng nhánh cây và Hình 2c cho thấy các cấu
trúc hạt hình cây đạt được bằng mô hình MCA - 2001
cấu trúc hạt được cải tiến rõ ràng và đồng nhất hơn. Thực nghiệm
Cần nhận biết rằng sự chuyển hoá pha sơ cấp trong
khi đông đặc hợp kim có quan hệ chặt chẽ với tốc độ
làm nguội. Mô hình MCA 2-D đã được ứng dụng để
phỏng đoán trước sự chuyển hoá pha sơ cấp dưới
những điều kiện làm nguội khác nhau.
Hình 3 [23] cho thấy các cấu trúc dự đoán và thực
nghiệm của hợp kim Al-7%Si với nhiệt độ đúc rót 893oC Hình 3. Cấu trúc mô phỏng của hợp kim Al-7% Si ở
và ở các tốc độ làm nguội khác nhau: a - 0,3 K/s, nhiệt độ rót 893 3C với tốc độ làm nguội a-0,3 K/s,
b-3 K/s, c-10 K/s, d-30 K/s
b - 3 K/s, c - 10K/s, d - 30 K/s.
Hình 4 cho thấy thù hình mô phỏng 3-D các hình cây
của hợp kim Al-15%Cu được đông đặc từ pha lỏng
được làm nguội (DT = 10K)
Chỗ tối của các hình trong nhóm 2-D chỉ ra là nồng
độ ở cả pha rắn và lỏng. Để mô phỏng thì phạm vi
tính toán được chia vào các tế bào khối lập phương
160×160×160 với 1 tế bào có cỡ kích 1mm. Ở khi bắt
đầu mô phỏng, thì 1 mầm có tinh thể định hướng của
các góc 3 zero 0o Euler, f = 0o, q = 0o, j = 0 o là qui cho
ở tâm của vùng xét.
Mô hình MCA 3-D cũng đã được ứng dụng để phỏng Hình 4. Sự thù hình các hình cây mô phỏng của
đoán trước sự chuyển hóa cấu trúc hình cây của các hợp kim Al-15% Cu đông đặc ở nhiệt độ 878 K (DT = 10 K);
giọt hợp kim Al-10%Cu trong điều kiện trường nhiệt độ a - xem nhóm 2-D, b - xem nhóm 3-D
không tạo hình. Phạm vi tính toán bao gồm 491.864 tế
bào lập phương có hình và 1 tế bào có cỡ kích là 1 mm.
Nhiệt độ môi trường khí quyển là 298 K. Hệ số chuyển
hóa nhiệt ở biên pha giọt/không khí và nung giọt được
chọn là 5.000 W/(m2.K) và 30 K.
Hình 5. Cấu trúc mô phỏng và thực nghiệm của các giọt
hợp kim nguyên tử Al-10% Cu, với kích cỡ các giọt khác
nhau: a - 40 mm, b - 100 mm, c -200 mm, d -100 mm
Ở đây:
a-, b- và c biểu thị các cấu trúc cho thấy ở mặt cắt
ngang 2-D và d- giọt hợp kim 3-D.
Hình 5 chỉ ra rằng các cấu trúc mô phỏng và thực
nghiệm với cỡ kích giọt khác nhau là a - 40 mm,
b - 100 mm, c - 200 mm, mà nó được cho thấy ở nhóm
Hình 2. Sự phát triển cạnh tranh của các hình cây 2-D. Hình 5(d) cho thấy bề ngoài 3 biến của thù hình
ở quá trình đông đặc định hướng hình cây của các giọt với đường kính 100 mm.
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Các hình còn cho thấy mô hình 2-D và mô hình 3-D có Mô phỏng
thể dự đoán trước không chỉ cấu trúc hạt đông đặc, mà
còn cả thù hình hình cây bên trong các hạt.
3.2. Dự đoán trước cấu trúc Eutec c
Mô hình MCA được mở rộng tới hệ đa pha, bao gồm Thực nghiệm
pha lỏng và 2 pha rắn, để phỏng đoán trước sự hình
thành của cấu trúc ở cả Eutectic đều và không đều khi
đông đặc hợp kim Eutectic
Hình 6 biểu thị cấu trúc Eutectic trạng thái vững chắc
đặc trưng của hợp kim CBr4 - 8,4% đông đặc định hướng
ở Gradien nhiệt độ 3,6 K/mm với các tốc độ lớn mầm Hình 7. Cấu trúc mô phỏng và thực nghiệm của các
hợp kim Al-Si kết nh định hướng với G = 15 K/mm và
khác nhau a - 0,2 mm/s, b - 0,5 mm/s, và c - 1,0 mm/s.
được tôi trong nước theo: a. Al-12,6% Si, b. Al-8% Si
Mô phỏng
V = 0,2 mm/s Điều đó có thể ghi nhận được từ Hình 7(a) là cho thấy
rằng các giàn Eutectic silic nhiều mặt phát triển đồng
thời với nền không nhiều mặt có độ rộng khoảng cách
V = 0,5 mm/s tại đó và định hướng với những nét cụ thể để định
hướng phát triển tất cả. Mặt khác Hình 7(b) biểu thị
rằng các Eutectic α sơ cấp hình cây và không hình
cây cùng tồn tại trong hợp kim hypo-Eutectic Al-8% Si.
V = 1,0 mm/s Ngoài ra gần đây chúng ta đã sử dụng được mô hình
đa pha MCA để mô phỏng sự chuyển hoá cấu trúc khi
chuyển hóa peritectic. Điều đó có thể mô phỏng một
số hiện tượng riêng biệt được phát hiện trong quá trình
Thực nghiệm đông đặc peritectic giống như pha b hình thành mầm
V = 0,2 mm/s quanh pha α sơ cấp và ở bên lớn mầm từ cả pha lỏng
và pha rắn α
3.3. Dự đoán trước thù hình phát triển lớn lên của hình
cây ở hợp kim lỏng
V = 0,5 mm/s
Cần biết rằng sự đối lưu ép buộc trong hợp kim lỏng có
tác động đến thù hình lớn lên của hình cây. Và vì thế
hiểu về định lượng đúc rót phối hợp kim loại lỏng khi
V = 1,0 mm/s
đông đặc cần thiết cho điều chỉnh cấu trúc và cơ tính
của sản phẩm đúc.
Hình 6. Sự thù hình của phát triển lớn mầm Eutec c bền
chắc của hợp kim kết nh định hướng; CBr -8,4%C Cl6
cho các tốc độ đông đặc khác nhau: a. v = 0,2 mm/s,
b. v = 0,5 mm/s, c. v = 1,0mm/s
Phạm vi tính toán gồm các tế bào 450×180 với cỡ kích
1 tế bào là 2 mm. Điều đó có thể cho thấy từ hình với
biên pha lỏng/rắn ở mặt phẳng 2 chiều với 3 tốc độ Hình 8. Ảnh hưởng của dòng đúc đến sự lớn lên của
và khoảng cách giữa các tấm phiến biên giảm với sự cấu trúc hình cây đơn với các hướng kết nh hình học:
tăng tốc độ lớn mầm. Các cấu trúc mô phỏng Eutectic a - 03, b - 30 3, c - 453
đều là đồng thuận với kết quả thực nghiệm. Hơn nữa
Hình 9 biểu thị sự thù hình mô phỏng của hợp kim
mô hình MCA cũng có thể diễn đạt ở phạm vi rộng các
Al - 2 % Cu đông đặc từ hợp kim lỏng được làm nguội
khía cạnh phát triển Eutectic thực tế như phát triển
(DT = 20 K) trong dòng lỏng.
Eutectic dao động, Eutectic phiến, đầu mút nứt vỡ,
tách ra của các phiến riêng biệt và tỷ lệ phần trăm thể Để mô phỏng hoá, phạm vi tính toán được phân chia vào
tích được điều chỉnh. các tế bào 200×200 với kích cỡ 1 tế bào là 0,2 mm. Khi
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
bắt đầu mô phỏng thì 1 mầm với định hướng lớn mầm
ưu tiên 0o, 30o hoặc 45 o có nét theo hướng ngang được
phân chia ở tâm của vùng tính toán. Giả thiết rằng hợp
kim được đúc với tốc độ phần chính là Um= 0,1 m/s từ
trái qua phải. Các mặt đỉnh mút và đáy của lĩnh vực
giả thiết là có biên hạt đối xứng. Hình 8 còn chỉ ra các
hình dạng cấu trúc hình cây có các định hướng kết
tinh hình học a - 0o, 30o và b - 45o với các nét hướng
ngang. Điều đó có thể cho thấy trên Hình 8 rằng các
nhánh cây ở các hướng ngược dòng phát triển nhanh,
trong khi sự phát triển của tinh thể hình cây ở hướng Hình 10. Sự phát triển của cấu trúc hình cây đơn với
lớn lên thuận dòng là rất chậm. Các hình cây lớn lên, dòng rót 453, biểu thị cành bên ở hướng ngược dòng
các nguyên tử tan được loại ra ở pha lỏng của biên
Tương tự ở mô phỏng pha nền, nếu không có nhân tạo
pha rắn/lỏng được chuyển hoá theo hướng từ ngược
thì ra những đường chấm chấm, không khác mấy thù
dòng tới thuận dòng bởi dòng đúc lỏng, kết quả là hình
hình, hình cây giữa dòng định hướng ngược và dòng
không đối xứng chất tan trong pha lỏng tức là nồng
thuận đã được phát hiện. Tuy nhiên, theo mô phỏng
độ ở miền trái là thấp hơn ở miền phải. Theo phương
ô mạng tự động, thì sự phát triển không đối xứng và
trình (1) dưới trường nhiệt độ cấu hình, thì thấp hơn
cạnh bên cho hình cây ở hướng ngược dòng có thể
là nồng độ, lớn hơn là làm nguội vùng. Và vì thế tốc
được mô phỏng chính xác.
độ phát triển hình cây ở miền trái là nhanh hơn ở miền
phải, kết quả là đạt tới thù hình lớn lên của hình cây Những năm gần đây, đúc bán lỏng đã có một vị thế và
không đối xứng. sự chú ý đặc biệt của giới hội trong sản xuất đúc. Đã
có 2 phương pháp đúc bán lỏng: đó là phương pháp
Một số nghiên cứu về độ lệch phát triển lớn lên của đúc Thixo và Rheo. Kết quả quan trọng của quá trình
hình cây với dòng đúc rót đã được thông báo [1, 2, 3]. công nghệ là đạt được vật liệu đặc biệt, có cấu trúc
không hình cây hoặc hình cầu. Như vậy là gần đây đã
có sự chú ý ngày một tăng trong công nghệ đúc để đạt
được cấu trúc hạt cầu mịn.
Hình 11 chỉ ra các ảnh cấu trúc sử dụng cho phát triển
công nghệ đúc tiên tiến Rheo. Ở hình này N là quan
hệ mật độ của các mầm trong pha lỏng. Khi N = 1 với
tốc độ làm nguội 0,2 oC/s chúng ta có thể đạt được cấu
trúc hạt cầu mịn có cỡ hạt 40 - 50 mm. Tương tự khi N
Hình 9. Hình cây đơn phát triển lớn lên cùng với vùng tăng 1.000 lần, chúng ta có thể đạt được cấu trúc hạt
đúc xung quanh (a- Mô phỏng pha miền; b - Mô phỏng ô cầu rất mịn có cỡ hạt khoảng 10 mm. Trên cơ sở mô
mạng tự động cải ến) phỏng này, chúng ta sẽ phát triển công nghệ đúc tiên
tiến Rheo và được gọi là đúc vật liệu nano.
Hình 9 cho thấy thù hình lớn lên của hình cây với dòng
đúc lỏng chỉ ra sự lớn lên các hình cây không đối xứng
và tạo nhánh bên:
a - Mô phỏng pha, b - Mô phỏng ô mạng tự động.
Trong trường hợp mô phỏng ô mạng tự động mới, sự
chệch hướng của các nhánh hình cây ở hướng ngược
dòng và cành bên có thể được dự đoán trước. Tuy vậy
trong trường hợp mô phỏng pha nền, thì độ chệch của
các nhánh cây ở phía ngược dòng và cành bên chỉ có
thể dự đoán được bởi nhân tạo rộng.
Hình 10 chỉ ra rằng khi sự phát triển lớn lên của các
hình cây đơn xảy ra với dòng đúc lệch 45o, các cành
bên xuất hiện trong hướng ngược dòng: Hình 11. Ảnh cấu trúc về phát triển phương pháp đúc nano
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Hình 12. So sánh các cấu trúc hạt cầu của hợp kim A356
Hình 12 chỉ ra các cấu trúc hạt cầu của hợp kim nguội, dòng chảy và đặc biệt là khi cho thêm các chất
A356 đạt được bằng các quá trình đúc bán lỏng phụ gia vào để tạo ra cấu trúc hạt đông đặc theo mục
khác nhau như: Thixo-Pichiney, Ube NRC và đúc đích sử dụng khác nhau. Như mô hình đa pha MCA
vật liệu nano. Cấu trúc cầu đạt được ở phương
để mô phỏng sự chuyển hóa cấu trúc khi chuyển hóa
pháp đúc vật liệu nano là rất mịn hơn nhiều các
phương pháp đúc khác. peritectic lớn mầm từ pha lỏng và pha rắn α
4. KẾT LUẬN
- Mô hình ô mạng tự động cải tiến đã được phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO
cốt để mô phỏng sự chuyển hóa cấu trúc trong quá
trình đông đặc các hợp kim A356 từ đó có thể dự đoán [1]. Ch. A. Gandin, T. Jalanti & M. Rappaz (1998),
được khoảng cách tạo nhánh cây chính, khoảng cách TMS Publication, Warrendale, PA, 363-374.
nhánh cây phụ thuộc vào chiều dài, đường kính và [2]. S. Cho & C.P. Hong (1997), ISIJ Int., 37,
khoảng cách của silicon theo chức năng của các điều 1098-1106.
kiện đông đặc. [3]. Ph. Thevoz, J.L. Desbiolles & M. Rappaz (1989),
- Mô hình cấu trúc vi mô được thực hiện bằng cách Metall, Trans. 20A, 311-322.
kết hợp các phương trình phân tích đầy đủ vào các [4]. C.Y. Wang, & C. Beckermann (1996), Metall,
modun xử lý sau khi đông đặc đến sự hình thành mầm, Mater. Trans. 27A, 2765-2783.
động học của sự phát triển lớn mầm và định hướng [5]. M.C. Schneider, C. Beckermann, D.M. Lipinski, W.
lớn mầm của các đỉnh hình cây được ưu tiên hơn. Schaefer (1998), TMS Publication, Warrendale,
PA, 257-264.
- Mô hình cũng tính đến ảnh hưởng của đường cong
[6]. J.A. Spittle & S.G. Brown (1989), Acta Metall, 37,
và tái bố trí lại cả ở pha rắn lẫn pha lỏng trong quá trình
1803-1810.
đông đặc, sự thù hình lớn lên của các Eutectic đều và
không đều và sự hình thành cấu trúc peritectic. Cùng [7]. P. Zhu & R.W. Smith (1992), Acta Metall, Mater.,
với mô hình điện toán liên tục (continum). 40(1992),3369-3379.
[8]. M. Rappaz & Ch. A. Gandin (1993), Acta Metall,
- Kết quả của mô phỏng số đã được so sánh với Mater., 41(1993),345-360.
các phép đo thực nghiệm và cho thấy sự đồng tình. [9]. D.M. Stefanescu (1995), ISIJ Int, 35, 637-650.
Phương pháp mô phỏng số thuận tiện cho việc xác
[10]. Ch. A. Gandin, & M. Rappaz (1997), Acta, Mater,
định các thang đo chiều dài cấu trúc vi mô trong hợp
45(1997),2187-2195.
kim A356 khi đông đặc hợp kim nhôm cần thiết cho cơ
[11]. M. Rappaz, & Ch. A. Gandin (1996), Metall,
khí các mô hình dự báo tuổi thọ và thành phần của các
Mater. Trans., 27A,695-705.
chi tiết.
[12]. W. J. Boettinger, S.R. Coriell, A.L. Greer, A.
- Kết quả quan trọng của quá trình công nghệ mô Karma, W. Kurz, M. Rappaz, & R. Trivedi (200),
phỏng là đạt được cấu trúc hạt cầu mịn, khả năng chịu Acta Mater, 48, 43-70.
tải trọng tốt trong quá trình gia công chi tiết, có độ bền [13]. Ch. A. Gandin (1999), Metall, Mater. Trans.,
mỏi cao hơn rất nhiều. 30A,3153-3165
Tuy nhiên, để đạt được cấu trúc hạt mịn như trên thì [14]. H. Takatani, Ch. A. Gandin, & M. Rappaz, (2000),
Acta Mater, 48,675-688.
phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ rót, tốc độ làm
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
[15]. A. Kermanpur, N. Varahram, P. Davami, [21]. U. Dilthey et al. (1998), TMS Publ, Warrendale,
& M.Rappaz (2000), Metall, Mater. Trans. PA, 589-596.
31B,1293-1304. [22]. L. Nastac et al (1999), Acta Mater, 47, (1999),
[16]. D.M (2001), Stefanescu, Proc. 7th AFC, Tapei, 4253-4262.
October 12-15.
[23]. M.F. Zhu et al.(2001), ISIJ Int., 41, 436-445.
[17]. K.Y. Lee, et al (1997), ISIJ Inter, 37(1997), 38-46.
[24]. Hossein Bayani, Seyed Mohammad Hossein
[18]. Y.H. et al. (1998), ISIJ Inter, 38, 63-70. Mirbagheri, Mojtaba Barzeg, ariSadegh Firoozi,
[19]. S.Y Lee et al (2001), ISIJ Inter, 40, 48-57. (2014), Simulation of unconstrained solidi cation
[20]. L. Nastac et al Z(1998), Jom, March, 30-35. of A356 aluminum alloy on distribution of micro/
macro shrinkage, 57-65
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
Vũ Hoa Kỳ
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo,
nghiên cứu):
+ Năm 2004: Tốt nghiệp Đại học ngành Cơ khí nông nghiệp, Đại học Nông nghiệp I, Hà
Nội (nay là Học viện nông nghiệp Việt Nam).
+ Năm 2011: Tốt nghiệp Thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí, Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội.
+ Năm 2017: Tốt nghiệp Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Tổng hợp Kỹ thuật lâm nghiệp
Saint Petersburg mang tên S.M. Kirov, LB Nga.
-Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Cơ khí, Trường Đại học Sao Đỏ.
- Lĩnh vực quan tâm: Thiết kế máy, rung động máy.
- Email: kyhoavu@gmail.com.
- Điện thoại: 0905 402 122.
Đào Văn Kiên
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo,
nghiên cứu):
+ Năm 2006: Tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, ngành Công nghệ
chế tạo máy.
+ Năm 2013: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Công nghệ chế tạo máy, Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội.
- Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Cơ khí, Trường Đại học Sao Đỏ.
- Lĩnh vực quan tâm: Khai thác và vận hành máy ện, phay, CNC.
- Email: daotrungkien.1976@gmail.com.
- Điện thoại: 0967 361 976.
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
- NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Mạc Thị Nguyên
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo,
nghiên cứu):
+ Năm 2007: Tốt nghiệp Học viện Kỹ thuật quân sự, ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí,
chuyên ngành Cơ điện tử.
+ Năm 2011: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Công nghệ chế tạo máy, Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội.
- Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Cơ khí, Trường Đại học Sao Đỏ.
- Lĩnh vực quan tâm: Tính toán thiết kế máy và robot.
- Email: nguyenmacthi@gmail.com.
- Điện thoại: 0389 481 166.
Dương Thị Hà
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo,
nghiên cứu):
Năm 2008: Tốt nghiệp Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội, ngành Xây dựng cầu
đường, chuyên ngành Công trình giao thông công chính.
+ Năm 2012: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Xây dựng đường ôtô và đường thành phố, Trường
Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội.
- Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Cơ khí, Trường Đại học Sao Đỏ.
- Lĩnh vực quan tâm: Sức bền vật liệu, cơ kết cấu.
- Email: haduonghd85@mail.com.
- Điện thoại: 0943 717 488.
Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021