Nghiên cứu công nghệ dập nóng khớp xương háng từ hợp kim titanium

Mô hình hóa máy tính về sự thay đổi hình dạng phôi trong quá trình dập nóng, ảnh hưởng của kích thước và hình dạng của phôi ban đầu đến các thông số công nghệ của quá trình dập phân bố n

Người báo cáo: Nguyễn Hà Linh

ĐH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ QUỐC GIA «MISiS»

Nghiên cứu công nghệ dập nóng khớp xương háng từ hợp kim Titanium.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu và triển khai quá trình dập nóng khớp xương háng từ hớp kim Titanium

VT6

• Lựa chọn sơ đồ hợp lý để dập, xác định kích thước và hình dạng phôi.

• Nghiên cứu kết cấu khuôn dập để chế tạo thử nghiệm khớp xương háng.

• Phân tích ảnh hưởng cấu trúc các phôi ban đầu và sau khi biến dạng nóng.

• Phát triển công nghệ tổng hợp dập các chi tiết từ hợp kim Titanium.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

1 Phân tích các công nghệ chính, hiện có để sản xuất phôi khớp xương háng.

2 Mô hình hóa máy tính về sự thay đổi hình dạng phôi trong quá trình dập nóng, ảnh hưởng của kích

thước và hình dạng của phôi ban đầu đến các thông số công nghệ của quá trình dập (phân bố nhiệt độ, lực biến dạng và điền đầy của dấu khắc, hệ số sử dụng kim loại), cũng như như sự phụ thuộc của lực dọc trục vào hành trình của khuôn

3 Mô hình vật lý của quá trình dập Titanium khớp xương háng trong khuôn mở cho thấy các quy luật

và khả năng của việc điền đầy khuôn, bản chất của sự hình thành và hình dạng của ba via Sử dụng dữ liệu thu được để chọn hình dạng phôi ban đầu, sơ đồ dập hợp lý và thiết bị cần thiết để dập nóng khớp xương háng

4 Phân tích ảnh hưởng của các phương pháp nhận phôi và kết cấu của phôi đến sự hình thành cấu

trúc của vật rèn sau khi biến dạng nóng

5 Phát triển công nghệ tổng hợp để dập các chi tiết từ hợp kim titanium

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

THÀNH PHẦN HÓA HỌC HỢP KIM VТ6 THEO ГОСТ 19807-91 Các nguyên tố hợp kim, % Tạp chất, % (không quá 0,3)

Cơ bản 5,5…6,8 3,5…4,5 0,30 0,10 0,20 0,08 0,04 0,015

TÍNH CHẤT CƠ HỌC HỢP KIM THEO ГОСТ 26492-85

đặc,°C

Thời gian giữ,

s Tài liệu quy phạm Термопласт Đất sét, sáp, sêresin, dầu 100-130 600-1500 54236012-200 ТУ-2389-001-

THIẾT BỊ SỬ DỤNG NGHIÊN CỨU

Lò gia nhiệt

Máy ép thủy lực Máy phay

Kính hiển vi điện tử Máy cắt phôi

Máy mài

Máy ép ZD 10/90

Máy rèn búa М1345

HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC PHÔI SƠ ĐỒ DẬP

MÔ PHỎNG MÁY TÍNH DẬP PHÔI ĐƠN

MÔ PHỎNG MÁY TÍNH DẬP PHÔI ĐÔI HƯỚNG VÀO TRONG

MÔ PHỎNG MÁY TÍNH DẬP PHÔI ĐÔI HƯỚNG RA NGOÀI

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MÁY TÍNH

MÔ HÌNH VẬT LÝ SỬ DỤNG PHÔI NHIỀU LỚP

CẤU TRÚC BAN ĐẦU HỢP KIM VТ6

MỨC ĐỘ BIẾN DẠNG

• Theo kết quả mô hình hóa quá trình dập, nhiệt độ bắt đầu biến dạng được chọn là

900-920 o C.

• Mức độ biến dạng được tính theo công thức:

• Giá trị biến dạng lớn hơn 50% là đủ tốt để nghiên cứu cấu trúc.

• Biến dạng được thực hiện vuông góc với hướng lăn của thanh phù hợp với sự sắp xếp

của phôi trong dụng cụ khuôn.

CẤU TRÚC SAU BIẾN DẠNG NÓNG HỢP KIM VТ6

CẤU TRÚC TRƯỚC VÀ SAU BIẾN DẠNG NÓNG HỢP KIM VТ6

Trong khuôn khổ phát triển công nghệ tổng hợp để dập hợp kim titanium,

nhiệm vụ là cải thiện hơn nữa cấu trúc của sản phẩm.

Hydrogen hóa phôi

Biến dạng nóng (dập, cán đẳng nhiệt …) Ủ chân không

PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP

CẤU TRÚC PHÔI BAN ĐẦU HỢP KIM VТ6 SAU KHI Hydrogen HÓA

ẢNH HƯỞNG XỬ LÝ NHIỆT Hydrogen ĐẾN CẤU TRÚC VI MÔ HỢP KIM VТ6 SAU BIẾN DẠNG

CẤU TRÚC SAU BIẾN DẠNG VÀ XỬ LÝ NHIỆT HYDROGEN HỢP KIM VТ6

Đ XU T CH Đ NHI T KHI D P Ề XUẤT CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP ẤT CHẾ ĐỘ NHIỆT KHI DẬP Ế ĐỘ NHIỆT KHI DẬP Ộ NHIỆT KHI DẬP ỆT KHI DẬP ẬP

DẬPP PHÔI HỢP KIM TITANIUM VỚI XỬ LÝ NHIỆT KHI DẬPT HYDROGEN

DẬPP PHÔI HỢP KIM TITANIUM

DẬP THỬ NGHIỆM

1 Trên cơ sở mô phỏng máy tính, phân tích ảnh hưởng của hình dạng và kiểu phôi ban đầu đến

các thông số công nghệ của quá trình dập nóng Việc lựa chọn một sơ đồ hợp lý cho quá trình dập thể tích, phân tích các thông số năng lượng-công suất của biến dạng, cũng như xác định hình dạng và kích thước của phôi đã được thực hiện

2 Kết quả mô phỏng máy tính cho thấy tốt hơn nên lấy các miếng dập đơn từ một tấm hình tam

giác, cho giá trị hệ số sử dụng kim loại lớn nhất, hợp lý các chỉ số về cường độ biến dạng, lực dập và sự phân bố nhiệt độ và điền đầy khuôn Đánh giá lực biến dạng trong quá trình dập của phôi đã ghép đôi cho thấy khi phôi nằm với các trục hướng ra ngoài thì lực nhỏ nhất là khi dập

từ tấm và khi các trục hướng vào trong khi dập từ phôi định hình

3 Mô hình hóa vật lý cho phép đánh giá các đặc tính của dòng chảy kim loại trong quá trình biến

dạng nóng trong khuôn, tính hoàn chỉnh của sự thay đổi hình dạng và thích hợp của việc lựa chọn phôi Kết quả mô hình hóa vật lý quá trình rèn đơn chiếc cho thấy hiệu quả nhất là sử dụng phôi hình tam giác; và đối với dập đôi là phôi hình trụ, đảm bảo khắc khuôn dập đầy tốt và lực biến dạng tối thiểu

4 Trên cơ sở các nghiên cứu đã thực hiện, một công nghệ được phát triển để dập khớp xương

háng từ hợp kim titanium VT6 và thấy rằng cách hợp lý nhất để sản xuất hiệu quả chúng là sử dụng phôi thanh thu được bằng phương pháp cán xoắn

KẾT LUẬN

4 Trên cơ sở các nghiên cứu đã thực hiện, một công nghệ được phát triển để dập khớp xương

háng từ hợp kim titanium VT6 và thấy rằng cách hợp lý nhất để sản xuất hiệu quả chúng là sử dụng phôi thanh thu được bằng phương pháp cán xoắn

5 Sau khi biến dạng và xử lý nhiệt hydrogen, dẫn đến việc tinh chế hạt, trở nên mịn và đồng nhất

hơn Loại và điểm của cấu trúc giảm 2 lần, trong khi tính dị hướng thực tế không có Nhờ việc

sử dụng xử lý nhiệt hydrogen, có thể giảm nhiệt độ biến dạng nóng từ 900 xuống 750°C, điều này sẽ ảnh hưởng có lợi đến tuổi thọ của dụng cụ dập và kinh tế sản xuất

6 Công nghệ tổng hợp được đề xuất để dập nóng hợp kim Titanium không chỉ được sử dụng để

dập khớp xương háng mà còn để dập bất kỳ sản phẩm nào làm bằng hợp kim titanium

7 Theo công nghệ đã phát triển chế thử một lô khớp xương háng thử nghiệm Sự phù hợp của

mô hình toán học đã sử dụng về biến dạng nóng và sự trùng khớp của nó với các kết quả mô hình hóa vật lý của quá trình dập khớp xương háng từ hợp kim VT6 đã được xác nhận Khi so sánh với các phôi của khớp xương háng thu được bằng cách đúc và cắt từ một tấm, cấu trúc vĩ

mô và vi mô của cấu trúc dập tốt hơn và các đặc tính cơ học vượt trội hơn 10-15%

TÍNH MỚI, TÍNH SÁNG TẠO

- Hợp kim titanium không bị oxy hoá, đồng thời có khối lượng nhẹ và độ bền cao giúp cải thiện vấn đề đi lại ở người già và những người bị loãng xương nói chung

-Góp phần thay thế, nâng đỡ khung xương không chỉ cho người bị loãng xương mà còn cho những

người khuyết tật có thể dễ dàng di chuyển

-> Làm giảm thiểu chi phí, khó khăn cho xã hội