[Zohreh Gholami]

متالوژی و متالوژی پودر


چکیده:
متالورژی پودر،فرایند قالبگیری قطعات فلزی توسط فشارهای بالا برای تولید دقیقتر و سریع اشکال می باشد. پس از تراکم پودر های فلزی عمل زینترکردن در دمای بالا در یک کوره با اتمسفر(فشار) کنترل شده انجام می شود که در ان فلز متراکم جوش خورده و در حالت جامد به صورت ساختمان همگن محکمی به هم پیوند می خورد.خواص فیزیکی ماده  متراکم زینتر شده شبیه به خواص فلز سازنده اصلی است. عمل زینتر کردن معمولا در حدود 80 تا 90 درصد نقطه ذوب پودر فلزات تشکیل دهنده قطعه انجام می گیرد تا امکان چسبیدن ذره ها در امتداد فصل مشترکشان وجود داشته باشد. تراکم پودر به وسیله پرس کردن همزمان سنبه های بالایی وپایینی ،تحت فشارهایی درحدود  4218kg/cm2 انجام می شود.


مقدمه:
صنایع متالورژی درعصرجدید به عنوان یکی از مهمترین صنایع پایه و مادرنقش اساسی درپیشرفت جوامع صنعتی بر عهده دارد. کاربرد فلزات آنچنان با زندگی روزمره ما عجین شده است که لحظه ای نمی توان زندگی بدون استفاده از فلزات را دردنیای پیشرفته امروز تصور کرد. بنابراین دانشمندان وصاحب نظران علم متالورژی درشاخه های زیادی مشغول فعالیت هستند. که یکی از فرایندهای تولید قطعات به روش ریخته گری روش متالوژی پودر می باشد.


تاریخچه:
متالورژی پودر را در عین حال میتوان یکی از قدیمی ترین ودر عین حال جدید ترین روش شناخته شده قطعات فلزی دانست. احتمالا پیشرفت این فن با ساختن آهن اسفنجی از طریق احیاء اکسید آهن در کوره های زغال سنگ همزمان بوده است. ماده بدست آمده بعدا با آهنگری به شکل آهن جامد یا فولاد در می آمده. به عنوان مثال اعراب شمشیر های تحسین بر انگیز خود را با این روش می ساختند.


موارد استعمال متالورژی پودر در صنعت:
1-آلیاژکردن فلزهای غیر قابل آلیاژ.(قطعات اتصالات الکتیریکی مانند کنتاکت که ازمس وگرافیت ساخته شده است)
2-ترکیب کردن فلزها و غیرفلزها.(به دلیل محدودیت در ذوب چون ترکیبی از فلزات وغیره فلزات اجزائ تشکیل دهنده هستند. یاتاقانهای بدون روغن کاری از اهن وتفلون)
3-ترکیب وتولید فلزات با نقطه ذوب بسیار بالا.( نقطه ذوب تنگستن3380 ومولیببدن 2610درجه سانتیگراد است بنابراین ساخت قطعاتی با این جنس با روش ذوب امکان پذیر نیست در حالی که همین فلزات را با متالورژی پودر درنقطه ای پایین تر از نقطه ذوبشان زینتر کرده و قطعات مورد نظر را تولید می نمایند.)
4-ساخت قطعات با خواص ساختمانی بی نظیر.(مانند متخلخل بودن-یاتاقنهای خود روغن کار)
5-تولید قطعات ظریف ودقیق.(اهرما،چرخ دنده ها،قطعات تفنگ و....)


مزایای متالورژی پودر:
1-کاهش هزینه تولید: عموما در متالورژی پودر کارایی استفاده از ماده بیشتر است.ماشینکاری قطعات به حد اقل می رسدومصرف انرژی پایین می آید،در نتیجه هزینه کلی تولید کاهش پیدا می کند.
2-کارایی بالاتر فراورده:عموما این فرایند دارای این قابلیت هست که از طریق یکنواختی خواص،ایجاد ساختار ریز دانه وهمگن، ترکیب شیمیایی فراورده،کارایی کلی قطعه را افزایش  دهد.
3-انعطاف پذیری طرح:روش ریخته گری پودر،امکان ترکیب مواد باخواص گوناگون را برای طرح فراهم می سازد تا بتوان با بهینه کردن خواص مکانیکی وفیزیکی،قطعات مورد نظر را ساخت.
4-تولید مواد خواص:متالورژی پودر تنها فرایند عملی برای تولید قطعاتی از موادی مانند سرامیکها و کاربیدهاست.


محدودیت های متالورژ پودر:
1-محدودیت ازجنبه شکل واندازه:اساسا"عامل محدود کننده اندازه قطعه در متالورژی پودر،قابلیت دستگاههای موجود و ویژگی های پودر مصرفی است.
2-محدودیت در نسبت طول به ارتفاع: طول قطعه باید با قطر آن متناسب باشد.غالبا"حد عملی نسبت طول به ارتفاع،3/1تا4/1است.
3-محدودیت در تولید هزار خارها: بهتراست هزارخار استوانهای و متقارن باشد.هزار خاری که نسبت پهنابه عمق آن کم است مناسب این روش نمی باشد.
4-محدودیت در مقابل تنش فشاری وضربه ای:تخلخل ومک موجود در قطعه،در هنگام کار ضربه دار ونیروی کاری که درآن تنش زیادی اعمال می شودباعث می گردد که فشار وتنشهاتشدید شده، وبه خصوص در حوضه این خلل و فورج بیشتر جمع شوند.این امر در طی گذشت زمان باعث به وجود امدن ترکهایی در همین منطقه ها شده و در نتیجه به شکسته شدن


تلرانسها در قطعات ساخته شده در متالورژی پودر:
معمولاً تلرانسهای قطعات متالورژی پودر،بهتر ازتلرانس قطعات مشابه تهیه شده ازطریق فرایندهای متعارف ماشین کاری است. تلرانس قطعات تف جوشی شده ،بدون عملیات ثانوی،با تلرانس فرایند های گرد تراشی،فرزکاری و داخل تراشی،قابل مقایسه است.


مراحل کلی کار در متالورژی پودر:
1-تهیه پودر فلزات مورد نیاز.
2-مخلوط کردن پودر ها.
3-متراکم کردن پودرها.(پرس کردن آنها)
4-عملیت حرارتی ودر هم جوشی.(زینتر شدن)
5-عملیات تکمیلی،مانند ماشینکاری و یا پرسکاری مجدد،به منظور اندازه شدن قطعه و... .


پودر های فلزی:
پودر های فلزی، برای بسیاری از فلزات معمول و تعدادی از آلیاژها قابل تهیه هستند.
مانند: آلومینیوم،آنتیموان،برنج،کادمیم،کبالت،مس،طلا،سرب،منگنز و... .


خصوصیات متمایز کننده پودرها از یکدیگر:
1- اندازه وتوزیع ذرات.
2- شکل ذرات.
3- پرفیل سطحی.
4- طبیعت جامد،متخلخل ویا اسفنجی.
5- وجود ناخالصی ها ومحل آنها.


مقاله های دانشگاهی, مقاله های مکانیک, مقاله های متالوژی, موارد استعمال متالورژی پودر در صنعت, آلیاژکردن فلزهای غیر قابل آلیاژ, ترکیب کردن فلزها و غیرفلزها, ترکیب وتولید فلزات با نقطه ذوب بسیار بالا, تولید قطعات ظریف ودقیق, مزایای متالورژی پودر, محدودیت های متالورژ پودر, تلرانسها در قطعات ساخته شده در متالورژی پودر, مراحل کلی کار در متالورژی پودر, پودر های فلزی, مخلوط کردن پودر های فلزی, تراکم پودر های فلزی, انواع پرسها, زینتر کردن, تفت جوشی, پیشگامان متا, meta4u.com

[Zohreh Gholami]

ادامه

عواملی که بر نخوه رفتار پودرتاثیر بسزایی دارند:
1-ترکیب شیمیایی.(به پر اهمیتی خواص مکانیکی و فیزیکی آنها نیست با این وجود تاثیرزیادی بر خصوصیات هر پودر دارد.)
2-ساختار پودرها.(خصوصیاتی مانند قابلیت پلاستیکی وقابلیت به سرد کاری و...)
3-خصوصیات جریان.(شامل قابلیت جریان یافتن یکنواخت وآزاد دانه ها،و سریع به درون محفظه قالب راه پیدا کردن توسط نیروی ثقل.)
4-وزن مخصوص ظاهری.(وزن حجم معینی از پودر غیره متراکم است ومعمولا بر حسب گرم بر سانتی متر مکعب بیان می شود.و یک عامل بسیار مهم بر نسبت تراکمی است که برای فشردن پودر تا یک چگالی مشخص لازم است.)
5-اندازه ذره ها.(یکی از مهمترین خصوصیات هر پودر محسوب می شود و معمولی ترین روش برای اندازه گیری اندازه ذرات ،غربال کردن آنها است.)


روش های تولید پودرهای فلزی:
1-پودر سازی مکانیکی به وسیله آسیاب ساچمه ای.(پودرهایی که با این روش تولید می شونددارای  شکل نامنظم وگوشه دار هستند.مانند :الومینیوم وبرنز)
2-اتمیزه کردن(ذره ای کردن).(برای فلزات با نقطه ذوب پایین استفاده می شود.به این صورت که فلز مذاب به درون یک روزنه کوچکی رانده شده ودر جریانی از بخاریا گازبی اثر متراکم،خرد می شود.)
3-احیای گازی.یکی از مناسب ترین واقتصادی ترین روش تهیه پودرها برای قطعات ساختمانی است.در این روش اکسیدهای تولید شده شیمیایی ،با منوکسید کربن یا هیدروژن،احیاءشده وبعدا" پودر احیاء شده دانه بندی میگردد. ذرات تولید شده بااین روش دارای طبیعت اسفنجی بوده وبرای قالب گیری بسیار مفید است.))
4-ته نشین سازی الکترولیتی.(برای پودرهای بسیار خاص مانند آهن ومس به کار می رود. پودر های تولید شده با این روش طبیعت سخت وشکننده دارند وبرای قالبگیری مناسب نیستند.)


مخلوط کردن پودر های فلزی:
مخلوط کردن پودرها مقاصد متعددی دارد:
1-برای مخلوط کردن درجات واندازه های متعدد یک پودر.
2-برای مخلوط کردن آلیاژها.
3-برای افزایش مواد روانکننده وکاهنده اصطکاک.
4-مخلوط کردن افزودنی ها جهت کنترل تخلخل محصول تولیدی.


تراکم پودر های فلزی:
یکی از مهمترین مراحل در این فرایند است وتاحد زیادی خواص محصول نهایی را تحت نفوذ خود قرار می دهد.
1-تراکم قالبی سرد وگرم.(در درجه حرارت اتاق و برای قطعات با تولید بالا استفاده میشود.)
2-پرسکاری هم زمان.
3-ریخته گری لغزشی.
4-ریخته گری گریز از مرکز.
5-نوردکاری.


مهم ترین اثرات تراکم:
1- افزایش وزن مخصوص به وسیله کاهش خلل وفرج بین ذرات پودر.
2-تغیر شکل پلاستیکی ذرات پودر برای.
3-افزایش سطح تماس بین ذرات ،به وسیله تغییر شکل پلاستیکی پودر.
4-جوشکاری سرد وچسبندگی ذرات برای به وجود آمدن استقامت نسبی جهت حمل ونقل.


انواع پرس ها:
عمل تراکم به وسیله انواع پرس های مکانیکی و هیدرولیکی انجام می شود.
پرس های مکانیکی به علت اینکه سرعت بالایی دارند ترجیح داده میشوند.
ظرفیت آنها بین 5 تا 150 تن متغیر است.
ضرفیت پرس های هیدرولیکی ار 5 تا 2000 تن یا بیشتر استو منحصرا"برای تولیدقطعات بزرگ به کار می روند.


زینتر کردن (تفت جوشی):
مهمترین واصلی ترین مرحله متالورژی پودر،مرحله زینتر شدن قطعه می باشد که در این مرحله ذرات درون خود را گرفته و قطعه استحکام لازم را پیدا میکند. خود گیری عبارت است از حرارت دادن ماده متراکم یافته،در یک درجه حرارت بالا،در کوره دارای اتمسفر کنترل شده برای افزایش استحکام پیوندی بین ذرات پودر وبهتر آلیاژ شدن به وسیله دیفوزیون در حالت جامد.


مکانیزمی که ذرات درآن به هم جوش خورده ویک توده چسبنده دارای استحکام زیاد ،تولید می شود به شرح زیر است:
1-مرحله دیفوزیون.
2-مرحله تبلور مجدد.
3-مرحله رشد دانه ای.
4-مرحله تراکم یا چگالش.


عملیات تکمیلی:
به منظور بهتر شدن خواص قطعه انجام می شود، که عبارتند از:
1- پر کردن حفره ها ،تراوش.
2- عملیات حرارتی.
3- تزریق یا آغشته سازی یا خورانیدن.
4- تراشکاری و براده برداری.
5- پرس مجدد.
6- اکسترود کردن و غیره.



مقاله های دانشگاهی, مقاله های مکانیک, مقاله های متالوژی, موارد استعمال متالورژی پودر در صنعت, آلیاژکردن فلزهای غیر قابل آلیاژ, ترکیب کردن فلزها و غیرفلزها, ترکیب وتولید فلزات با نقطه ذوب بسیار بالا, تولید قطعات ظریف ودقیق, مزایای متالورژی پودر, محدودیت های متالورژ پودر, تلرانسها در قطعات ساخته شده در متالورژی پودر, مراحل کلی کار در متالورژی پودر, پودر های فلزی, مخلوط کردن پودر های فلزی, تراکم پودر های فلزی, انواع پرسها, زینتر کردن, تفت جوشی, پیشگامان متا, meta4u.com