Theo lý thuyết về luyện kim, khi kim loại được gia nhiệt lên trên nhiệt độ đường đặc, kim loại bắt đầu chảy ra và pha lỏng xuất hiện, trạng thái này gọi là trạng thái rắn lỏng (mushy) [19]. Nếu tiếp tục gia nhiệt trên nhiệt độ đường lỏng, ta thu được kim loại ở trạng thái lỏng hoàn toàn. Ngược lại, nếu làm lạnh kim loại từ trạng thái lỏng, khi nhiệt độ giảm xuống dưới nhiệt độ đường lỏng nhưng vẫn còn trên nhiệt độ đông đặc, lúc này có sự xuất hiện của pha rắn, trạng thái này gọi là trạng thái nửa rắn (semisolid). Hình 2.11.
Điểm giống nhau của hai trạng thái mushy và semisolid là sự tồn tại của cả hai pha lỏng và rắn, do đó mà người ta thường chỉ dùng thuật ngữ semisolid để miêu tả 2 trạng thái trên. Trạng thái mushy có tỷ lệ pha rắn khá cao và nó biến dạng giống như một khối đất sét. Còn trạng thái semisolid thì lại có tỷ lệ pha lỏng cao và chảy như một lưu chất phi Newton. Điểm khác biệt thứ hai là pha lỏng ở trạng thái
Lớp phủ bêtông
Ống thép
Protector Zn
mushy sinh ra do sự tan chảy một phần của các hạt rắn, nó xảy ra ở biên giới hạt và pha lỏng thường tồn tại ở đó gây ra sự tách biệt giữa các hạt rắn.
Hình 2.11. Minh họa về mặt nhiệt độ của trạng thái rắn lỏng và nửa rắn
Pha rắn trong kim loại ở trạng thái semisolid thì sinh ra trong quá trình đông đặc một phần kim loại nóng chảy. Khi khi loại được làm lạnh, sự đông đặc xuất phát từ thành nồi hay nói cách khác tinh thể hình thành từ thành nồi. Hình 2.12.
Hình 2.12. Thành phần rắn lỏng trong kim loại ở trạng thái mushy/semisolid Khi ta xét ở cùng một nhiệt độ, hai trạng thái lúc đó sẽ có tỷ lệ rắn lỏng là giống nhau, do đó mà sự khác biệt về cơ tính của kim loại được coi là nhỏ.
Dưới tác dụng của sự khuấy đảo mãnh liệt và làm lạnh chậm, các hạt rắn sẽ càng trở nên cầu hóa. Người ta nhận thấy kim loại ở trạng thái bán lỏng với cấu trúc tế vi đặc biệt này có những tính chất hoàn tòan khác với khi nó có cấu trúc hình
nhánh cây. Kim loại mà trong đó những hạt rắn hình cầu này lơ lửng trong pha lỏng đã được gọi bằng thuật ngữkim loại bán lỏng.