8. Bố cục của luận án
2.2.2. Ứng xử của hợp kim bán lỏng
Hợp kim bán lỏng là một hệ hai pha với các hạt pha rắn trong nền pha lỏng. Sự xuất hiện của hai pha, “trạng thái bán lỏng”, phụ thuộc vào khoảng đông đặc của hợp kim, khi khoảng đông đặc rộng thì việc chuyển thành trạng thái hai pha dễ kiểm soát và dễ điều khiển. Hình thái của pha rắn thường có dạng nhánh cây. Hệ bán lỏng như vậy, thể hiện ứng xử giống như chất lưu phi Newton tùy thuộc vào thông số công nghệ của quá trình đó như phân tích trong mục 2.2.1 [30], [35].
Hợp kim ở trạng thái bán lỏng với hình thái cầu của pha rắn và tỷ phần pha rắn nhỏ hơn 0,6 thường thể hiện hai đặc điểm lưu biến riêng biệt: xúc biến và giả dẻo. Xúc biến là sự phụ thuộc thời gian của độ nhớt (trạng thái không ổn định) ở một tốc độ cắt cho trước, trong khi giả dẻo biểu hiện qua trạng thái ổn định của độ nhớt ở một tốc độ cắt không đổi (hình 2.3). Hành vi lưu biến của hợp kim bán lỏng liên quan chặt chẽ với hai thuộc tính này. Do đó, hiểu rõ về ứng xử lưu biến của hợp kim bán lỏng là cần thiết để ứng dụng công nghệ này một cách hiệu quả [13], [57].
Các thử nghiệm ở trạng thái đẳng nhiệt mở ra khả năng mô tả các đặc tính lưu biến của hợp kim bán lỏng, thông qua phương trình quan hệ ứng suất và độ nhớt [89]. Hiện nay, thường chấp nhận rằng độ nhớt ổn định ở tốc độ cắt cho trước phụ thuộc vào độ kết tụ của các hạt pha rắn hay còn gọi là tham số cấu trúc (), đó là kết quả của sự cân bằng động giữa quá trình kết tụ và bẻ gẫy kết tụ [17].
Tính chất xúc biến của hợp kim bán lỏng trong SSP được chứng minh bằng cách đo vòng trễ trong biến dạng cắt theo chu kỳ. Tuy nhiên, quy trình đó chưa đủ định lượng được sự thay đổi của tham số cấu trúc (). Như đã được chỉ ra bởi Chen và Fan [17] để khắc phục nhược điểm này các quy trình thử nghiệm liên quan đến bước nhảy tốc độ cắt (trong mục 2.1.1) được phát triển
kết tụ chiếm ưu thế sau khi giảm tốc độ cắt, trong khi quá trình bẻ gãy kết tụ gia tăng sau bước tăng của tốc độ cắt [17].
Ứng xử lưu biến phụ thuộc vào độ nhớt kim loại bán lỏng (). Độ nhớt của hợp kim bán lỏng phụ thuộc vào hai nhóm thông số luyện kim và công nghệ. Nó có dạng hàm số với các biến số như phương trình sau [86]:
( , , , ,s a o, s, , ,f istory)
f t T T C f S h
= (2.9)
Trong đó: tốc độ cắt, ts là thời gian cắt, Ta là nhiệt độ của hợp kim bán lỏng, T là tốc độ làm nguội từ trạng thái lỏng tới nhiệt độ Ta trong vùng bán lỏng, Co là thành phần hoá học của hợp kim, fs là tỷ phần pha rắn ở nhiệt độ Ta, Sf là hệ số hình dạng, là tham số cấu trúc và history là ảnh hưởng của lịch sử. Nói chung hàm lượng chất tan cao và tốc độ làm nguội lớn là nguyên nhân gây ra nhiều nhánh cây hơn và do dó độ nhớt cao hơn đối với tỷ phần pha rắn đã cho. Độ nhớt biểu kiến của hợp kim bán lỏng tại một thời điểm cụ thể phụ thuộc vào trạng thái trước đó (ảnh hưởng của lịch sử). Trạng thái bên trong của vật liệu liên tục thay đổi và được mô tả theo các thông số luyên kim như: kích thước hạt, phân bố kích thước hạt, hình thái hạt và phân bố pha rắn trong nền pha lỏng. Do đó, việc phát triển một mô hình hoàn chỉnh cho hợp kim bán lỏng là khó khăn. Ngoài ra, thời gian xử lý trước khi tạo hình cũng rất quan trọng vì nó có thể làm thay đổi kích thước, hình thái và phân bố hạt do quá trình cầu hóa [70].