Vật liệu thiêu kết

1.Sản xuất chi tiết được tạo dạng bằng vật liệu thiêu kết (Sản xuất chi tiết nung kết)
Việc sản xuất chi tiết được thực hiện qua nhiều công đoạn gia công (Hình 2).

Sản xuất bột. Vật liệu đầu vào là bột kim loại đạt được bằng phương pháp phun bằng vòi hoặc nghiền thành bột dạng bụi của vật liệu nóng chảy. Do tốc độ làm nguội cao, những hạt bột có tinh thể mịn và đều.
Trộn bột. Trong hợp kim thiêu kết những loại bột kim loại cần thiết được trộn với nhau. Để cho dễ nén trong gia công ép sau đó, các loại bột được pha thêm chất bôi trơn, thí dụ như stearin kẽm (muối và este kẽm C
18H36O2).
Ép. Trong khuôn ép các loại bột được ép thành phôi ép với áp suất đến 6000 bar (Hình 3).

Qua đó diện tích tiếp xúc các hạt bột gia tăng trong lúc những lỗ rỗng nhỏ lại (Hình 4).

Những hạt bột hóa cứng do biến dạng nguội ở những nơi tiếp xúc. Qua sự bám dính và việc bị ép cơ học vào nhau của các hạt bột, vật ép có một sự kết hợp yếu.
Thiêu kết. Độ bền cuối cùng mà vật ép đạt được nhờ gia công thiêu kết qua xử lý nhiệt theo sự điều khiển nhiệt độ và thời gian. Ở đây các nguyên tử di chuyển vượt qua khỏi vị trí tiếp xúc vào hạt dạng bột lân cận của nhau (khuếch tán). Đồng thời những diện tích tiếp xúc bị biến cứng nguội trước đó được cấu tạo thành tinh thể mới (tái kết tinh). Nhiệt độ thiêu kết của bột đơn thuần thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của vật liệu dạng bột. Ở hỗn hợp bột thì nhiệt độ có thể được chọn để nó vượt qua điểm nóng chảy của bột với nhiệt độ nóng chảy thấp nhất. Do nhiệt độ cao nên chi tiết được bảo vệ lúc thiêu kết qua khí bảo vệ trước oxy-hóa. Khí bảo vệ thí dụ có thể là hydro, nitơ hay hỗn hợp các loại khí này. Thiêu kết là một phương pháp nung những hạt bột kim loại đã được ép, qua đó nhờ tác động của khuếch tán và tái kết tinh để tạo thành một cấu trúc kết dính nhau.
Hiệu chuẩn. Các chi tiết được định dạng bằng thiêu kết phần lớn có một độ chính xác về kích thước và độ bóng bề mặt vừa đủ. Trường hợp những tính chất của bộ phận thiêu kết được đòi hỏi đặc biệt, những phôi sẽ được ép bổ sung sau thiêu kết trong những khuôn đặc biệt (hiệu chuẩn).
Rèn thiêu kết. Trong quy trình rèn thiêu kết, các phôi đã tạo dạng sơ trước qua thiêu kết được định hình trong một khuôn rèn để trở thành chi tiết hoàn tất (Hình 1, trang 274). Do cấu trúc đều hơn, các vật rèn thiêu kết có cơ tính cao hơn các vật rèn dập bằng khuôn.

2.Đặc tính và ứng dụng
Đặc tính của bộ phận thiêu kết chủ yếu do ảnh hưởng của vật liệu bột, của nhiệt độ thiêu kết và của áp suất lúc ép.

Áp suất thấp đưa đến cấu trúc xốp, áp suất cao đưa đến vật liệu chắc (đặc). Các bộ phận thiêu kết xốp nhiều được dùng làm thiết bị lọc (Hình 2), xốp cũng được dùng làm vật liệu cho bạc lót (thau dầu) (Hình 3).

Loại này được cho thấm dầu trước khi lắp ráp sẽ có đặc tính bền mòn cọ sát. Chi tiết thép thiêu kết có thể đưa vào xử lý nhiệt, thí dụ có thể tôi cứng hay nhiệt luyện nâng phẩm (hóa tốt).

3.Sản xuất vật liệu qua phương pháp luyện kim bột
Bột dùng để sản xuất thép dụng cụ bằng kim loại dạng bột được nung khoảng 1000 đến 11000C và ép với áp suất khoảng 1000 bar trong hệ thống ép nóng để đạt được những khối không có lỗ xốp. Các khối phần lớn được cán nóng để gia tăng độ dai, sau đó được gia công tiếp để trở thành dụng cụ. Thép dụng cụ làm bằng phương pháp luyện kim bột có được cấu trúc hầu như không có thiên tích (sự chia tách). Hạt cacbit rất mịn và phân phối đều đặn trong cấu
trúc (Hình 4, trái).

Nhờ thế mà sự biến dạng trong lúc nhiệt luyện ít và đồng đều hơn, độ bền chống đứt gãy cao hơn so với vật liệu của dụng cụ được sản xuất theo phương pháp luyện kim nung hóa lỏng (Hình 4, phải). Vì có thể tác động biến dạng nóng được với những vật liệu có thành phần hợp kim cao hơn cho nên dụng cụ này có độ bền hao mòn tốt hơn. Thí dụ lưỡi doa, cây ren răng và lưỡi (dao) phay ngón, có thể được sản xuất bằng những loại thép này. Vòng ổ bi và con lăn bằng gốm hoặc vòng bi hỗn hợp (vòng bi lai) (trang 390) được sản xuất bằng silic nitrua (Si3N4). Bột silic nitrua được dùng thí dụ sơ chế vật ép hình cầu (bi) và sau đó được ép nóng ở nhiệt độ đến 18000C và áp suất đến 2000 bar. Gia công cuối cùng được thực hiện bằng phương pháp mài nghiền (Hình 5).