Mô phỏng quá trình nung cảm ứng đến trạng thái bán lỏng của phôi hệ hợp kim nhôm trong công nghệ tạo hình Thixoforming

Kỹ thuật Thixoforming yêu cầu gia nhiệt phôi đến trạng thái bán lỏng trước khi tạo hình sao cho nhiệt độ được phân bố đồng đều trên toàn bộ thể tích của vật nung. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả Nguyễn Vinh Dự (Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM), Trịnh Văn Quốc (Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM), Lưu Phương Minh (Đại học Bách khoa TP.HCM) sử dụng phương pháp lý thuyết truyền nhiệt, phương pháp số kết hợp với phương pháp mô phỏng bằng phần mềm comsol để xác định chiến lược nung đến trạng thái bán lỏng.

Kỹ thuật tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng có hai hướng công nghệ là Rheoforming và Thixoforming. Rheoforming đi từ trạng thái lỏng xuống trạng thái bán lỏng, còn Thixoforming đi từ trạng thái rắn đến bán lỏng. Thixoforming đòi hỏi nung phôi ban đầu trước nhằm tạo ra một cấu trúc tốt với tỷ lệ pha lỏng khoảng 40-50%.

Trong nghiên cứu này, quá trình gia nhiệt cho phôi trong quy trình nung bán lỏng đã được thực hiện. Với phương pháp số, kết quả giải bằng phần mềm Matlab và Comsol rất phù hợp. Khi so sánh kết quả giữa hai phương pháp này, giá trị nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất tại mặt cắt của phôi, nhiệt độ chênh lệch không quá 30⁰C. Ngoài ra, phương pháp số với 200 giây gia nhiệt, nhiệt độ phôi sẽ tăng từ 30⁰C đến 450⁰C. Trong công nghệ tạo hình vật liệu ở trạng thái bán lỏng Thixoforming thì việc kiểm soát nhiệt độ trong toàn bộ thể tích của phôi nung là hết sức quan trọng và có ý nghĩa quyết định đến chất lượng vật đúc. Vì vậy, việc kết hợp giữa tính toán, mô phỏng số và mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng comsol là giải pháp và là phương pháp khả thi để xác định tính đúng đắn và hợp lý của cơ sở lý thuyết tối ưu hóa quá trình nung cảm ứng hợp kim Thixoforming.

Phần mềm comsol còn giúp các nhóm nghiên cứu trong lĩnh vực tạo hình vật liệu có thể ứng dụng như là một công cụ mô phỏng số học đa vật lý, góp phần cùng phương pháp số, phương pháp thực nghiệm giải quyết các vấn đề liên quan khác như trao đổi nhiệt trong dòng chảy, sự khuếch tán,… là những vấn đề ảnh hưởng lớn đến chất lượng vật đúc.