Mẫu hỗn hợp vật liệu bột sau cụng đo n biến d ng t o hỡnh ộp sơ bộ cú liờn kết giữa cỏc h t bột cũn yếu. Để làm tăng khả năng liờn kết giữa cỏc h t bột cần tiến hành quỏ trỡnh thiờu kết. Thiờu kết làm thay đổi sự tiếp xỳc giữa cỏc phần từ bột, làm tăng lực liờn kết giữa cỏc h t.
Thiờu kết là quỏ trỡnh gia cụng nhiệt cỏc chi tiết bột đó đƣợc biến d ng t o hỡnh ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ núng chảy của kim lo i trong hệ đơn nguyờn hoặc của kim lo i trong hệ đa nguyờn:
TTK = (0,8 0,9)Tch (1.3) Thực chất quỏ trỡnh thiờu kết là quỏ trỡnh chuyển húa từ năng lƣợng tự do cao khụng ổn định về tr ng thỏi năng lƣợng tự do thấp, ổn định hơn của cỏc phần tử bột.
Tuy nhiờn, cho đến nay chƣa cú một lý thuyết hoàn chỉnh về quỏ trỡnh thiờu kết, song cỏc kết quả nghiờn cứu gần đõy cho rằng: cơ chế cơ bản của quỏ trỡnh thiờu kết là sự chuyển dời của cỏc nguyờn tử bằng cỏch khuyếch tỏn (khuyếch tỏn bề mặt và thể tớch), đƣơng nhiờn quỏ trỡnh thiờu kết xảy ra chỉ ở một khoảng nhiệt độ nhất định.
Sự khỏc nhau cơ bản của kim lo i bột, trong đú cú vật liệu xốp, và vật liệu đặc là sự khụng ổn định về nhiệt động học. Vật liệu bột cú bề mặt riờng lớn hơn, do vậy sai lệch bề mặt … thƣờng lớn hơn. Trong quỏ trỡnh thiờu kết cú xảy ra cỏc quỏ trỡnh nhƣ: hồi phục l i cấu trỳc tinh thể cỏc h t kim lo i và sự dịch chuyển cỏc nguyờn tử từ tr ng thỏi năng lƣợng cao sang tr ng thỏi năng lƣợng thấp. Cơ - lý tớnh của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào quỏ trỡnh này, trong khi đú kim lo i đặc phụ thuộc chủ yếu vào chế độ ộp hoặc nhiệt luyện làm chuyển biến pha. Mụ hỡnh quỏ trỡnh húa - lý khi thiờu kết đƣợc biểu diễn trờn hỡnh 1.9.
Hỡnh 1.9. Bề mặt tiếp xỳc củ ỗn ợp vật liệu bột trước ( ) và s u t iờu kết (b)
Giả sử cú 3 phần tử A, B, C. Trƣớc thiờu kết và sau ộp t o hỡnh (hỡnh 1.9) cỏc phần tử của phụi ộp cú mối liờn kết do lực múc cơ học, và sự tƣơng tỏc trờn diện tớch bề mặt tiếp xỳc. Độ lớn của lực tƣơng tỏc xấp xỉ bằng độ lớn của lực liờn kết nguyờn tử, nhƣng do số mối liờn kết nhỏ nờn độ bền liờn kết thấp, dẫn đến độ bền vật liệu sau khi ộp sơ bộ thấp.
Do cú sự khuếch tỏn bề mặt của cỏc h t vật liệu bột và compozit h t làm tăng độ bền liờn kết giữa chỳng (dấu hiệu cơ bản của quỏ trỡnh thiờu kết). Sự chuyển dịch bề mặt của cỏc nguyờn tử đúng một vai trũ quan trọng trong quỏ trỡnh thiờu kết. Chớnh sự chuyển dịch đú sẽ làm tăng sự tiếp xỳc giữa cỏc h t mà khụng làm giảm tổng thể tớch lỗ xốp [1].
Khi thiờu kết, dƣới tỏc động của nhiệt độ, cỏc phần tử ở cỏc nỳt m ng dao động. Khi dao động tăng đến một giỏ trị nào đú, cỏc phần tử ở nỳt m ng trở nờn mất ổn định và xuất hiện khả năng dịch chuyển từ vị trớ này sang vị trớ khỏc. Tốc độ dịch chuyển khỏi vị trớ cõn bằng xỏc định bởi cụng thức [1]: = A.e-Q/RT (1.4) A B C a) b)
Trong đú:
v - tốc độ dịch chuyển khỏi vị trớ cõn bằng của nguyờn tử; A- hệ số đặc trƣng cho bản chất vật liệu;
Q- năng lƣợng cần thiết dịch chuyển nguyờn tử khỏi vị trớ cần bằng; R- hằng số khớ;
T- nhiệt độ tuyệt đối.
Trong giai đo n đầu tiờn của quỏ trỡnh thiờu kết, cỏc nguyờn tử bề mặt h t chuyển động và tớch tụ l i trờn bề mặt tiếp xỳc dẫn đến làm tăng độ bền và cầu húa cỏc lỗ xốp của vật thể.
Trong giai đo n thiờu kết sau, do nhiệt năng tăng làm tăng tớnh dẻo δ trong toàn bộ thể tớch vật sau ộp, điền đầy cỏc lỗ trống gõy ra sự co ngút thể tớch sản phẩm sau thiờu kết.