Mục đích chính của quá trình tạo hình bột kim loại là biến dạng tạo hình các hạt bột rời rạc thành bán sản phẩm (green part), có độ bền đủ đảm bảo giữ vững hình dạng trong thời gian vận chuyển và thiêu kết hoặc sản phẩm có kích th−ớc và hình dạng nhất định.
Tuỳ theo yêu cầu về hình dạng, kích th−ớc và yêu cầu khác về cơ - lý tính của sản phẩm mà chúng ta lựa chọn ph−ơng pháp tạo hình: ph−ơng pháp biến dạng tạo hình đ−ợc sử dụng nhiều nhất và thích hợp với chi tiết nhỏ, hình dạng đơn giản là ph−ơng pháp ép một chiều hoặc ép hai chiều. Các chi tiết lớn hoặc hình dáng phức tạp - ph−ơng pháp ép thuỷ tĩnh. Chi tiết trụ rỗng hoặc thành dày- ph−ơng pháp ép chảy, chi tiết dạng băng, thanh - ph−ơng pháp cán, chi tiết dạng thanh mỏng - ph−ơng pháp phun phủ…
Trong quá trình ép trong khuôn kim loại bị nén ép, thể tích vật thể bột kim loại ban đầu sẽ giảm đi một cách đáng kể. Sự thay đổi hình dạng ban đầu của
vật thể bột đó khác với sự biến đổi hình dạng vật thể đặc trong quá trình biến dạng dẻo, thể tích của nó không biến đổi trong quá trình ép.
Zeeling là ng−ời đầu tiên nghiên cứu, khảo sát quá trình ép bột thông qua mô hình là các đĩa cao su tròn (hình 1.16). Khi nạp bột kim loại vào khuôn ép, giữa các đĩa - mô hình hạt kim loại, có khoảng trống chiếm 60-70% thể tích lòng khuôn tuỳ theo hình dạng hạt kim loại và trạng thái bề mặt của nó.
Thể tích vật thể bột kim loại trong quá trình ép bị biến đổi do sự chuyển dịch của các phần tử bột tới các khoảng trống và do biến dạng của các phần tử bột kim loại. Quá trình biến dạng dẻo tạo hình bột kim loại tiến hành theo các giai đoạn nh− sau (hình 1.16):
Hình 1.15 Sơ đồ khuôn ép 1- Khuôn ép; 2- Chày ép trên; 3-Chày ép d−ới; 4- Bột kim loại.
a) b)
Hình 1.16 Mô hình Zeeling
Giai đoạn 1: d−ới tác dụng của ngoại lực, các hạt kim loại chuyển động tự do, chiếm dần các khoảng không gian trống theo quy luật trở kháng biến dạng nhỏ nhất, sau đó đ−ợc sắp xếp lại và lèn chặt, mật độ kim loại đạt đ−ợc giá trị cực đại khi áp lực ép t−ơng đối lớn (hình 1.16 đoạn a). Mối quan hệ giữa mật độ kim loại và lực ép hầu nh− mang tính tuyến tính. Từ đồ thị chúng ta dễ nhận thấy hiện t−ợng lèn chặt tích cực sẽ xảy ra ở giai đoạn đầu tiên của quá trình, khi mà các hạt đ−ợc sắp xếp và bị biến dạng nhiều nhất d−ới tác dụng của ngoại lực. Hiện t−ợng sắp xếp lại đó trong không gian vật chất của vật thể
là liên tục. Các hạt kim loại nằm trong trạng thái t−ơng đối thuận lợi hơn sẽ chuyển dịch tới các hốc khí gần mình nhất mà không xảy ra hiện t−ợng ma sát trên bề mặt tiếp xúc của chúng.
Hình 1.17 Các giai đoạn ép bột kim loại.
Hình 1.18 Đ−ờng cong biến đổi mật độ kim loại trong quá trình ép. Sự chuyển dịch của các hạt kim loại có trạng thái t−ơng đối ít thuận lợi hơn sẽ bị hãm lại do lực ma sát tồn tại trên bề mặt tiếp xúc các hạt và trên bề mặt tiếp xúc với thành khuôn. Khi kết thúc giai đoạn ép 1, vật thể có mật độ cực đại. Hiện t−ợng lèn chặt trong giai đoạn 1 liên quan trực tiếp đến sự hình thành mối liên kết giữa các hạt kim loại và ngăn cản sự chuyển dịch tự do của các hạt kim loại.
Giai đoạn 2: sau khi bột kim loại điền đầy các hốc khí, bị lèn chặt, quá
trình biến dạng dẻo bắt đầu xảy ra (hình 1.16 đoạn b). Ban đầu quá trình biến dạng dẻo giới hạn trên vùng tiếp xúc giữa các hạt kim loại, sau đó thẩm thấu sâu vào các hạt. Trạng thái bề mặt bột kim loại thay đổi, bề mặt tiếp xúc giữa các hạt kim loại tăng lên, lực hút hấp dẫn cơ học giữa các hạt kim loại cũng tăng. Riêng trong quá trình ép các vật liệu giòn, hiện t−ợng biến dạng dẻo xảy ra cùng với hiện t−ợng phá huỷ bề mặt tiếp xúc và đập nhỏ các hạt.
Giai đoạn 3: khi các hạt kim loại chịu áp lực lớn hơn giới hạn bền, quá
trình biến dạng sẽ xảy ra.
Hiện t−ợng biến dạng của từng hạt kim loại sẽ bắt đầu ngay từ khi áp lực còn thấp, trong khi đó hiện t−ợng tr−ợt của từng hạt kim loại tiếp tục ngay cả khi tải trọng lớn. Chính vì vậy chúng ta có thể nói, −u thế của sự chuyển dịch các hạt kim loại ở giai đoạn đầu tiên và sự biến dạng của các hạt kim loại ở giai đoạn sau đó. Kim loại càng dẻo thì khả năng lèn chặt càng dễ xảy ra d−ới
áp lực càng thấp do biến dạng các hạt kim loại. Đối với kim loại có giới hạn chảy lớn, các giai đoạn tr−ợt và biến dạng khó phân biệt hơn.