در این مقاله میخواهیم متالورژی پودری را معرفی کنیم. و کاربردها و معایب و مزایای متالورژی پودری را برسی کنیم . با ما همراه باشید.
متالورژی پودری روشی است که در آن قطعات با استفاده از ضایعات و یا موادی که در طبیعت صرفا به صورت پودر موجود است و به واسطه ی حرارت و فشار تولید می شود.
برخی از قطعات صنعتی که به دلیل پیچیدگی شکل قطعه یا دلایل دیگر از طریق ریخته‌گری، نورد، آهنگری یا ماشینکاری قابل تولید نباشند
به روش متالورژی پودر تولید می‌گردند. قطعاتی مانند:
- ساخت قطعات متخلخل مثل صافی‌ها
- قطعاتی از جنس مواد دیرگداز فلزی مانند تنگستن
- انواع چرخ دنده‌ها
- ابزارهای بسیار سخت مانند الماس‌های برش
- و مواردی که همگن بودن در آن بسیار مهم است
تاریخچه ی متالورژی پودر
سابقه ی تولید قطعات با پودر فلزات به بیش از سه هزار سال پیش از میلاد مسیح در تمدن مصر باستان باز می گردد.حدود ۶۰۰-۸۰۰ سال پیش از میلاد مسیح در یونان،
تولید قطعات به روش متالورژی پودر به صورت گسترده انجام می گرفت. تولید قطعات سنگین به روش متالورژی پودر به بعد از میلاد مسیح باز می گردد.
هم اکنون ستون آهنی با وزنی بیش از شش تن در شهر دهلی کشور هندوستان وجود دارد که در سال ۳۰۰ میلادی به روش احیای مستقیم اکیسد آهن بدون ذوب کردن، تولید شده است.
تکنولوژی های افزایش دما تا دمای ذوب آهن تا سال ۱۸۰۰ میلادی وجود نداشته است.
روش های معنا دار و پایه ای برای تولید پودر فلزات در اوایل قرن ۱۹ میلادی و برای تولید پلاتینیوم شکل گرفت.
در این سال ها ولاستون (دانشمند انگلیسی) و زابولفسکی (دانشمند روسی) به روشی برای تولید رشته های تابان تنگستن دست یافتند.
متالورژی پودر به عنوان یکی از روش های جدید تولید قطعات در قرن بیستم و در زمان جنگ جهانی شناخته شد.
فرایند متالورژی پودر شامل مراحل زیر است:
- تولید پودر
- مخلوط کردن
- فشردن
- تف (حرارت) جوشی
تهیه پودر:
معمول‌ترین روش تهیه پودر افشاندن مذاب می‌باشد در این روش فلز مذاب از یک مجرا جاری می‌شودو توسط گاز یا مایعی که از یک افشانک خارج می‌گردد،
اتمیزه می‌شود پودر حاصله پس از جمع‌آوری و مش بندی قابل استفاده می‌باشد.
مخلوط کردن:
به ندرت یک پودر خالص دارای تمام ویژگی‌های مطلوب می‌باشد؛ بنابراین استفاده از مخلوطی از پودرهای مختلف با
ترکیب‌های متفاوت همراه با موادی به عنوان روان‌ساز امری متداول می‌باشد.
فشردن:
در این مرحله پودر به شکل دلخواه فشرده می‌شود و چگالی آن بالا می‌رود. معمولاً به دست آوردن چگالی بالا و
یکنواخت از ویژگی‌های مطلوبی است که با فشردن سراسری قطعه امکان‌پذیر است.
بدین منظور قالب پرس‌های مورد استفاده دارای جک‌هایی می‌باشند که فشار لازم را از دو طرف به مواد پودری وارد می‌آورند.
در این فرایند از پرس‌های هیدرولیکی-مکانیکی یا ترکیبی از آن‌ها استفاده می‌گردد.
معمولاً فشار مورد استفاده در این فرایند ۱۰ الی ۳۰ تن بر اینچ مربع می‌باشد. امروزه ظرفیت پرس‌های مورد استفاده تا ۳۰۰ تن نیز افزایش یافته‌است.
قالب‌های مورد استفاده در این فرایند بواسطه تمایل بسیار زیاد ذرات پودر به سایش و وجود فشار معمولاً از جنس فولاد ابزار سخت ساخته می‌شوند.
برای پودرهایی که سایش بیش از حد ایجاد می‌کنند یا در موارد تولید انبوه از کاربیدهای سمانیت جهت ساخت قالب استفاده می‌گردد.
تف جوشی (زینترینگ):
در عمل تف جوشی قطعه فشرده شده در دمایی بالا و با جو کنترل شده قرار می‌گیرد. بیشتر فلرات در دمایی حدود ۷۰ الی ۸۰ درصد دمای ذوب شان زینتر می‌شوند.
در مواردی که محصول ترکیبی از چند ماده است دمای زینتر ممکن است بالاتر از دمای ذوب برخی از اجزا باشد.
در این حالت مواد زودگداز ذوب شده و در حفرات خالی مواد دیرگداز رخنه می‌کند. دماهای بالا موجب اکسایش سریع می‌شوند که مانع از ایجاد اتصال بین دانه‌های فلز می‌گردد.
استفاده از محیط‌های احیاکننده که رایج‌ترین آن‌ها محیط‌هایی بر پایه هیدروژن آمونیاک تجزیه شده یا
هیدروکربن‌های شکسته شده‌است تقریباً می‌تواند هر گونه اکسید ایجاد شده در سطح ذرات را احیا کند و
گازهای تجزیه شده مضر را در حین تف جوشی دچار احتراق کند، بر دیگر محیط‌های زینترینگ ترجیح دارد.
غالباً برای بدست آوردن خواص ویژه یا زیاد کردن دقت عملیات ثانویه نظیر سایزینگ، اشباع‌سازی و خوراندن نیز بر روی این قطعات انجام می‌گیرد.
روش های متالورژی پودر
۱-استفاده از دورریز های ماشین های سنگ زنی (GRIDDING)
۲-اتمیزه کردن (ATOMIZING)
۳-احیاء نمک فلز
۴-احیاء اکسید فلز
سپس در مرحله مخلوط کردن توسط همزن های صنعتی و یا حمام التراسونیک (مافوق صوت) پودرها را مخلوط می کنند، که این کار دو خاصیت دارد:
- ایجاد یکنواختی و هموژن کردن (یکسان کردن از نظر ساختار)
- ایجاد خواص ترکیبی
در مرحله بعد بعد عملیات فشردن و تف جوشی با هم انجام می گیرد و این کار توسط دو روش پرس سرد (COLD PRESS) و پرس گرم (HOT PRESS) انجام می گیرد.
در HOT PRESS همزمان با عملیات فشردن جرارت دهی نیز صورت می پذیرد ولی در COLD PRESS پس از عملیات فشردن قطعات را در سینی چیده و به کوره حمل می کند.
دستگاه های پرس از نظر مکانیزم اعمال فشار به سه دسته تقسیم می شوند:
- یک محوره (SINGLE AXES)
که از یک طرف سیلندر اعمال نیرو می کند.
- دو محوره (DOUBLE AXES)
دو سیلندر از دو طرف اعمال نیرو می کنند.
- چند محوره (MULTIPLE AXES)
در حالت MULTIPLE از پرس های هیدرواستاتیک استفاده می شود، تا بر اثر نیروی شناوری از همه جهات بر جسم نیرو وارد گردد.
مزایا متالورژی پودر
- حذف یا کاهش عملیات ثانویه ماشین کاری
- توانایی تولید با تیراژ بالا (تکرار پذیری خوبی دارد)
- برخی از مواد تنها با این روش قابلیت تولید دارند مانند کاربید تنگستن (الماسه) و یا اکسید آلومینیوم و …
- قطعات تولید شده با این روش دارای خلل و فرج هستند، فلذا برای روغن کاری بسیار مناسب است و در یاتاقان ها استفاده می شود.
- امکان تهیه قطعات از مواد اولیه با طیف گسترده
- امکان تحصیل طیف گسترده ای از خواص
- تهیه اشکال پیچیده
- کاهش یا حذف ضایعات
معایب متالورژی پودر
- هزینه بسیار بالایی دارد به خصوص هزینه اولیه یا هزینه برپایی سیستم
- مواد اولیه آن که پودر فلز است، گران است.
- برای تیراژ های پایین مقرون به صرفه نیست.
- قطعات نباید پیچیده باشد زیرا فشار باید به همه جا یکسان وارد شود.
- استحکام قطعه تولید شده با این روش از استحکام قطعه یکپارچه کمتر است.
