متالورژی پودر

متالورژی پودر یک فرآیند تولیدی است که قطعاتی را با ظرافت و دقت بالا از طریق فشرده کردن فلزات و آلیاژهای پودری در قالبی سفت و سخت تحت فشار شدید تولید می کند. با توسعه و پیشرفت های تکنولوژیک، متالورژی پودر به فرآیندی ضروری برای تولید بوشینگ، بلبرینگ، چرخ دنده و دیگر قطعات ساختاری تبدیل شده است.

متالورژی پودر چیست؟

رمز موفقیت متالورژی پودر، فرآیند تف جوشی است که در طی آن قطعات گرم شده و تحت فشار قرار می گیرند تا ذرات پودر به هم چسبانده شوند. دما در تف جوشی باید کمی کمتر از نقطه ذوب فلز پایه باشد به طوری که بین ذرات پودر شده پیوند برقرار شود.

فرایند متالورژی پودر

فرآیند متالورژی پودر یک روش باستانی و منحصر به فرد برای ساخت اشکال و طرح ها از فلزات آهنی و غیر آهنی به شمار می رود. متالورژی پودر برای هزاران سال به عنوان راهی برای تولید وسایل و ابزارآلات خانگی مورد استفاده قرار گرفته است. این روش به عنوان روشی برای تولید انبوه محصولات و قطعات در اواسط انقلاب صنعتی اول به کار گرفته شد.

تا اوایل قرن بیستم، این فرآیند به صورت پراکنده مورد استفاده قرار می گرفت، اما به عنوان یک روش تولید قابل اتکا در نظر گرفته نمی شد. با توسعه برق و پیشرفت در زمینه تکنولوژی، متالورژی پودر به عنوان یک روش بسیار کارآمد و مولد برای تولید قطعات با تلرانس بالا و حداقل ضایعات جایگاه پیدا کرده است.

مراحل انجام متالورژی پودر

چهار مرحله اساسی برای فرآیند متالورژی پودر در نظر گرفته می شود که عبارتند از آماده سازی پودر، مخلوط کردن، فشرده سازی و تف جوشی یا سینترینگ. این مراحل در طول قرن ها برای تولید محصولات متنوع بکار گرفته شده است.

مانند هر فرآیند تولیدی، متالورژی پودر دارای انواع مختلفی است تا با توجه به نوع استفاده، به هر قطعه خواص مناسبی بدهد. این روش ها و تکنیک های مختلف حاصل پیشرفت های تکنولوژیکی و مهندسی دقیق می باشند. از بین انواع فرایند های متالورژی پودر چهار مورد آن شامل تغییرات معمولی، قالب گیری تزریقی، پرس ایزواستاتیک و ساخت افزودنی های فلزی هستند که جدید ترین پیشرفت در این زمینه به شمار می روند.

آماده سازی پودر

خواص محصولات تولید شده از متالورژی پودر به ویژگی و خواص پودر بستگی دارد. یکی از فرآیند هایی که برای تولید پودر در متالورژی پودر استفاده می شود، افشاندن یا اتمایزینگ مذاب (Melt Atomization) است. در این فرآیند، فلز مذاب به قطرات کوچکی تبدیل می‌شود که سرد شده و به ذرات کوچک تبدیل می‌شوند.

اگر چه اتمیزه کردن رایج ترین روش برای تولید پودر است، اما فرآیند های دیگر نیز شامل کاهش شیمیایی، رسوب الکترولیتی، آسیاب و تجزیه حرارتی است. صرف نظر از اینکه از کدام فرآیند استفاده شود، تمام فلزات و آلیاژ ها را می توان به پودر تبدیل نمود.

قبل از مرحله اختلاط پودر، از نظر مناسب بودن برای فرآیند متالورژی پودر، بر روی آن ارزیابی و آزمایش انجام می شود. عواملی که در ارزیابی در نظر گرفته می شوند عبارتند از سرعت جریان، چگالی، تراکم پذیری و استحکام.

مخلوط کردن

در فرآیند مخلوط کردن، انواع مختلف پودر با یکدیگر و با بایندرها و روان کننده ها ترکیب می شوند تا این اطمینان حاصل شود که قطعه نهایی دارای ویژگی های لازم می باشد. بسته به نوع فرآیند متالورژی پودر و شرایط قطعه، مخلوط کردن را می توان به صورت مرطوب یا تر انجام داد.

فشرده سازی

فشرده سازی یا متراکم کردن شامل فشار دادن و فشرده کردن مخلوط پودر به شکل یا قالب مورد نظر است. هنگامی که فشرده سازی به درستی انجام شود، فضا خالی احتمالی را کاهش می دهد و به طور قابل توجهی چگالی محصول را بالا می برد.

فشار فشرده سازی بین 80 مگاپاسکال (5.8 تن بر اینچ مربع) تا 1600 مگاپاسکال (116 تن بر اینچ مربع) است. هر نوع پودر فلز با توجه به خواص خود به فشار فشرده سازی متفاوتی نیاز دارد. همچنین در فشرده سازی پودر نرم، فشار بین 100 مگاپاسکال (7.25 تن بر اینچ مربع) تا 350 مگاپاسکال (25.4 تن بر اینچ مربع) است و برای فلزات انعطاف پذیرتر و سخت تر، مانند فولاد و آهن، فشار بین 400 مگاپاسکال (29 بر اینچ مربع) تا 700 مگاپاسکال (50.8 تن بر اینچ مربع) است.

سینترینگ یا تف جوشی

با اینکه قطعه مورد نظر تحت فشار شدید قرار گرفته است، اما هنوز به اندازه کافی قوی نیست تا بتوان از آن استفاده نمود. به منظور ایجاد پیوند دائمی بین ذرات فلز، قطعه فشرده شده در دمای بالا پخته شده یا حرارت داده می شود. در اصل، تف جوشی محصول یا قطعه قابل استفاده نهایی را تولید می کند.

در مرحله فشرده سازی ذرات فلز به همدیگر فشرده شده تا شکل معینی به خود بگیرند. با این حال هنوز فضا متخلخل کمی در قطعه فشرده شده باقی می ماند. در حین تف جوشی، مواد فشرده شده تحت فشار در دمای بالا قرار می گیرند تا فضا های متخلخل بسته شده و قطعه تقویت شود.