1. Các khuyết tật thường gặp trong đúc kim loại

Đúc (Casting) là công nghệ chế tạo sản phẩm được sử dụng phổ biến với các vật liệu kim loại. Phương pháp này sẽ thực hiện rót vật liệu ở dạng chảy lỏng vào khuôn để tạo ra sản phẩm có hình dạng theo khuôn mẫu.

Các khuyết tật đúc là sự bất thường làm ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật chất lượng của chi tiết, sản phẩm. Có nhiều lý do và nguồn gốc khác nhau dẫn đến các vấn đề về sản phẩm đúc, từ lỗi vật liệu đến thiết bị đúc hoặc quy trình không được tối ưu hóa. Khuyết tật đúc luôn tồn tại dù ít hay nhiều, có thể chia thành 4 nhóm khuyết tật đúc phổ biến nhất gồm:

• Khuyết tật luyện kim: Khuyết tật về độ xốp, bị lõm, ngậm xỉ...
• Khuyết tật đúc do nhiệt: rách vì nhiệt, hàn nguội, mỏi vì nhiệt...
• Khuyết tật vật liệu khuôn: không đúng mác vật liệu, lẫn nhiều tạp chất...
• Khuyết tật về kích thước, hình dạng đúc: sai lệch về kích thước giữa sản phẩm đúc và sản phẩm thiết kế, hình dạng không khớp, có phần thừa ra...

Mặc dù 1 số khuyết tật đúc có thể bỏ qua nhưng cũng có 1 số khuyết tật dẫn đến giảm chất lượng thành phẩm, vật đúc yếu, sai hình dạng yêu cầu, không đảm bảo chức năng sử dụng.

Việc sử dụng các thiết bị phân tích kích thước hạt trong công nghệ đúc chính là phương pháp hiệu quả giúp giám sát chất lượng sản phẩm đúc, kiểm tra hình dạng, kích thước hạt, tính chất của hạt kim loại vật liệu giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất.

2. Phân tích kích thước hạt vật liệu đúc

Trong các phòng thí nghiệm luyện kim, việc phân tích hạt trong các mẫu kim loại và hợp kim, chẳng hạn như nhôm hoặc thép, là rất quan trọng để kiểm soát chất lượng sản phẩm. Hầu hết kim loại có bản chất là tinh thể, bao gồm nhiều vùng tinh thể đơn lẻ và được phân cách bằng các ranh giới bên trong (Ranh giới hạt - Grain Bounderies). Các nguyên tử trong mỗi hạt vật liệu được sắp xếp theo một trật tự nhất định tùy thuộc vào cấu trúc tinh thể của kim loại hoặc hợp kim.

Các khuyết tật tinh thể có thể làm giảm mức độ của cấu trúc tinh thể. Nghiên cứu cho thấy tính chất cơ học của vật liệu sẽ được cải thiện khi kích thước hạt giảm. Do đó, thành phần và quá trình xử lý hợp kim phải được kiểm soát cẩn thận để thu được kích thước hạt mong muốn.

ASTM E112 là phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn thường được sử dụng ở Bắc và Nam Mỹ để xác định kích thước hạt trung bình. Các bộ phận kiểm soát chất lượng đã sử dụng phương pháp so sánh biểu đồ ASTM để phân tích kích thước hạt trong công nghệ đúc.

Với phương pháp này, người vận hành thực hiện ước tính kích thước hạt trong công nghệ đúc bằng cách so sánh hình ảnh trực tiếp dưới kính hiển vi quang học với biểu đồ vi mô. Ngoài ra, người vận hành cũng có thể chèn một ô thị kính có hình ảnh của các kích thước hạt vật liệu vào vùng quan sát của kính hiển vi soi kim tương để so sánh hình ảnh.

Do kích thước hạt trong công nghệ đúc được ước tính bởi người vận hành mà không có thiết bị hỗ trợ nên kết quả sẽ không được chính xác, không thể để nhiều người đảm nhận công việc. Việc nhập kết quả cũng được các kỹ thuật viên QC nhập thủ công nên khả năng xảy ra sai sót là không tránh khỏi.

Vậy làm sao để các nhà sản xuất có thể giải quyết được thách thức này? Giải pháp để kiểm soát kích thước hạt trong công nghệ đúc là gì? Và làm sao để tối ưu chi phí và tiết kiêm thời gian vận hành? Câu trả lời sẽ được giải đáp chi tiết ngay dưới đây.

3. Phương pháp ước tính kích thước hạt trong công nghệ đúc

Nhờ những tiến bộ trong phần mềm dành riêng cho kính hiển vi khoa học vật liệu, người vận hành có thể tận dụng khả năng phân tích hình ảnh vượt trội của các dòng kính hiển vi soi kim tương để phân tích hạt, ước tính kích thước, vị trí, hình dáng hạt vật liệu, đồng thời vẫn đáp ứng tốt tiêu chuẩn của quốc tế.

Phương pháp phổ biến được sử dụng hiện nay là phương pháp “lọc/chặn” (intercept method). Tại đây, một mẫu hình (có thể có dạng hình tròn, đường chéo và hình tròn, đường thẳng,...) được phủ lên hình ảnh kỹ thuật số (trực tiếp hoặc đã được chụp). Mỗi khi mẫu hình chặn với một đường ranh giới hạt, điểm chặn sẽ được vẽ trên hình ảnh và được ghi lại.

Một phương pháp phổ biến khác để ước tính kích thước hạt trong công nghệ đúc được gọi là phương pháp đo phẳng. Khác với phương pháp chặn phía trên, phương pháp đo phẳng xác định kích thước hạt trên ảnh (trực tiếp hoặc được chụp) bằng cách tính số lượng hạt trên một đơn vị diện tích. Vì các kết quả được tính toán nội suy trong phần mềm phân tích hình ảnh nên việc phỏng đoán do người vận hành sẽ bị loại bỏ.

Phần mềm phân tích hình ảnh của một số kính hiển vi kim tương có thể được thiết lập để tự động lưu trữ kết quả phân tích hạt vào bảng tính hoặc cơ sở dữ liệu tích hợp tùy chọn. Các báo cáo chứa dữ liệu phân tích có liên quan và hình ảnh liên quan cũng có thể được tạo bằng cách nhấn nút, tất cả đều được đào tạo tối thiểu.

4. Thiết bị phân tích kích thước tính chất hạt

Một trong các thiết bị hiệu quả nhất để phân tích kích thước hạt ngành đúc là kính hiển vi kim tương - loại kính hiển vi quang học sử dụng nguồn sáng phản xạ để quan sát bề mặt của kim loại hay các vật cứng, không cho ánh sáng xuyên qua. Kính hiển vi soi kim tương trên thị trường hiện nay có 2 dạng là kính soi thuận hoặc kính soi ngược với độ phóng đại phổ biến dao động từ 50 - 1000 lần.

Kính hiển vi kim tương thường được sử dụng trong luyện kim, pháp y, kiểm tra kim loại, vật liệu tổng hợp, vật liệu bán dẫn, nhựa,… và nhiều lĩnh vực khoa học vật liệu khác. Sử dụng kính hiển vi soi kim tương giúp chúng ta quan sát, lưu trữ và phân tích về: kích cỡ, sự phân bố của hạt; độ rỗng, độ cầu hóa, phát hiện các khuyết tật đúc trong vật liệu...

Tại Yamaguchi Việt Nam, chúng tôi chuyên cung cấp các sản phẩm kính hiển vi chính hãng của ZEISS, MEIJI với đa dạng mục đích sử dụng và phân khúc giá. Để ước tính kích thước hạt trong công nghệ đúc, quý khách hàng có thể tham khảo một số loại kính hiển vi soi kim tương nổi bật sau đây của Yamaguchi:

4.1. Kính hiển vi phức hợp Axioscope hãng ZEISS

Model: Axioscope

Hãng sản xuất: Carl Zeiss/Đức

Link sản phẩm: https://yamaguchi.vn/kinh-hien-vi-phuc-hop-axioscope

Metallographic microscope - Kính hiển vi kim tương Axioscope được ứng dụng trong phân tích cấu trúc, xác định loại vật liệu, kiểm tra các lỗi vật liệu (vết nứt, rỗ khí, tập chất...). Kính hiển vi phức hợp của ZEISS có khả năng phân tích hình dáng, kích thước hạt và sự phân bố các hạt để đánh giá được cơ tính của vật liệu như độ cứng, độ dẻo của vật liệu.

4.2. Kính hiển vi soi vật liệu ML6130L

Model: ML6130L

Hãng sản xuất: Meiji Techno/Nhật Bản

Link sản phẩm: https://yamaguchi.vn/kinh-hien-vi-vat-lieu-ml6130l/

Kính hiển vi soi vật liệu (Materials Analysis Microscope) hãng Meiji được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong phân tích vật liệu, quan sát các vật mẫu với độ phóng đại lớn và độ chính xác cao. Được trang bị bộ chiếu sáng LED có thể điều chỉnh được độ sáng và màu sắc để phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. ML6130L có thể gắn thêm CAMERA để kết nối với máy tính, thuận tiện cho việc lưu trữ và phân tích hình ảnh.

4.3. Kính hiển vi phức hợp Axiolab 5 – kính hiển vi ZEISS

Model: Axiolab 5

Hãng sản xuất: Carl Zeiss/Đức

Link sản phẩm: https://ygc.vn/kinh-hien-vi-phuc-hop-axiolab-5/

Kính hiển vi Zeiss Axiolab 5 là dòng kính được tạo nên từ nhiều thấu kính ghép lại với nhau tạo thành thấu kính có độ phóng đại lớn. Đây là dòng kính được áp dụng chuyên sâu trong nhiều ngành, đặc biệt là ngành đúc với các ứng dụng như: soi độ nhám bề mặt, phân tích cấu trúc, sự phân bố hạt, ước tính kích thước hạt; phân tích lỗi, kiểm tra ăn mòn, biến dạng, vết nứt do ứng suất..

4.4. Kính hiển vi kim tương IM7200

Model: IM7200

Hãng sản xuất: Meiji Techno/Nhật Bản

Link sản phẩm: https://yamaguchi.vn/kinh-hien-vi-kim-tuong-soi-nguoc-im7200/

Kính hiển vi soi ngược - Kính hiển vi đảo ngược IM7200 của thương hiệu MEIJI TECHNO cho phép người sử dụng quan sát các mẫu vật với độ phân giải cao và chi tiết rõ nét từ các góc độ khác nhau. Thiết bị này được ứng dụng trong nghiên cứu vật liệu, cấu trúc vật liệu, kiểm tra chất lượng sản phẩm.

Mong rằng bài viết trên đây đã giúp bạn có thêm những thông tin hữu ích trong quá trình tìm hiểu và lựa chọn thiết bị phân tích kích thước hạt trong công nghệ đúc. Hãy liên hệ với Yamaguchi nếu bạn có nhu cầu về các sản phẩm kính hiển vi dành cho công nghiệp, sản xuất. Chúng tôi luôn sẵn sàng đem tới cho khách hàng những sản phẩm và dịch vụ chất lượng, hỗ trợ sửa chữa, bảo hành các sản phẩm của ZEISS, MEIJI theo tiêu chuẩn chất lượng cao nhất và nhanh chóng hỗ trợ khi khách hàng cần.