قطعات پودری آهنی

قطعات پودری آهنی

در میان روش‌های مورد استفاده برای قطعات پودری آهنی و سایر فلزات، متالورژی پودر به‌عنوان یک روش با قدمت بالا، ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارد. این روش به دلیل توانایی در تولید قطعات پیچیده، کاهش آلودگی، بهره‌وری اقتصادی در مقیاس تولید بالا و قابلیت تبدیل مستقیم پودر به قطعه، ازجمله روش‌های بسیار کارآمد در صنعت محسوب می‌شود و صنعت به‌طور خاص به این روش توجه ویژه‌ای دارد.

در این مقاله، سعی داریم تا یک دید کامل از متالورژی پودر، تکنیک‌های تبدیل پودر به قطعات و دلایل اهمیت آن را ارائه دهیم.

تأثیر متالورژی پودر بر قطعات پودری آهنی

متالورژی پودر یکی از روش‌های ویژه در تولید قطعات فلزی و سرامیکی است. این روش بر اساس فشردن، شکل‌دهی و تف‌جوشی ذرات به یکدیگر ساخته شده و هدف از آن، تولید یک قطعات پودری آهنی یا فلزات دیگر، به‌صورت مستحکم و صلب است. فرآیند تف‌جوشی در زیر نقطه‌ی ذوب انجام می‌شود. در این شرایط، ذرات پودر با ایجاد پیوندهای قوی به هم متصل می‌شوند و یک ساختار همگن و مستحکم ایجاد می‌کنند.

متالورژی پودر با غلبه بر بسیاری از محدودیت‌های روش‌های دیگر، ازجمله ریخته‌گری، نورد، اکستروژن و آهنگری، به‌عنوان یک روش پیشتاز در تولید قطعات فلزی و سرامیکی مطرح است. این تکنولوژی امکان تولید محصولاتی را فراهم می‌کند که با روش‌های گفته‌شده قابلیت تولید ندارند.

بیشتر محصولات تولید شده با این متد، نیازی به ماشین‌کاری یا عملیات حرارتی تکمیلی ندارند. این شیوه همچنین قادر به شکل‌دهی فلزاتی با انعطاف پایین و نقطه‌ی ذوب بالا، مانند تنگستن، نیز است. این فرآیند امکان نادیده گرفتن تمامی ملاحظات مربوط به تغییرات فازی جامد-مایع را فراهم می‌کند.

تاریخ تولید قطعات پودری آهنی و فلزات دیگر با استفاده از پودر به بیش از پنج هزار سال پیش بازمی‌گردد. در حال حاضر، یک ستون آهنی با وزن حدود شش تن در شهر دهلی، هندوستان وجود دارد که هزار و شش صد سال پیش با استفاده از روش متالورژی پودر تهیه شده است. تاریخچه این فرآیند به شرح زیر است:

• در اواخر قرن هجدهم: ولاستون کشف کرد که با فشردن و گرم‌کردن پودر فلز پلاتین، می‌توان آن را با چکش به بلوک تبدیل کرد.
• قرن نوزدهم: این دوره شاهد اولین کاربرد متالورژی پودر برای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود. با اختراع برق توسط ادیسون، این متد در صنعت الکترونیک برای تولید لامپ‌های روشنایی و یا مقاومت‌های الکتریکی به کار گرفته می‌شد.
• ابتدای قرن بیستم: فناوری متالورژی پودر به تولید قطعات تنگستنی گام برداشت.

تولید قطعات پودری آهنی و سایر فلزات

تولید قطعات با استفاده از متالورژی پودر، به پنج مرحله اصلی تقسیم می‌شود:

1. تولید پودر
2. مخلوط کردن
3. فشردن
4. تف جوشی یا سینتر کردن
5. عملیات نهایی

که در ادامه به بررسی هر کدام به‌صورت مجزا می‌پردازیم:

1. تولید پودر

پودر فلزی به ذرات فلزی یا آلیاژی با اندازه یک تا هزار میکرون اطلاق می‌شود. این ذرات ممکن است به‌صورت کروی، ورقه‌ای یا شکل‌های بی‌قاعده باشند.

پودرهای فلزی که به‌وسیله روش‌های مختلف تولید می‌شوند، پس از نهایی شدن، همواره مراحل عملیات تکمیلی مانند غربال کردن، تمیزکاری، آنیلینگ و مخلوط کردن را طی می‌کنند و سپس برای استفاده آماده می‌شوند. تکنیک‌های تولید پودرهای فلزی را می‌توان به سه گروه مجزا با چندین روش تقسیم کرد.

تولید قطعات پودری آهنی و سایر فلزات

روش‌های فیزیکی

شیوه فیزیکی تولید پودرهای فلزی یا اتمیزه کردن به‌عنوان بیشترین و مهم‌ترین روش برای تولید پودر فلزی به کار می‌رود که به آنها پودرهای آتمیزه می‌گویند. تقریباً تمام فلزاتی که امکان ذوب آن‌ها وجود ندارد، از این راه تولید می‌شوند.

اتمیزه کردن را می‌توان به متلاشی کردن ماده ذوب شده به قطرات ریز توصیف کرد. این قطرات در محیط خنک (مایع، گاز و در برخی موارد سطح جامد عامل منجمد کننده) منجمد شده و پودر فلزی به این ترتیب تولید می‌شود.

الف) اتمیز کردن با سیال (گاز یا مایع)

در این روش، ماده ذوب از انتهای تاندیش (orifice) با حجم، شکل و قطر معینی به میان نازل حلقوی (annular ring)  یا نازل‌های مجزای سیال اتمیزه شده، جریان می‌یابد و توسط جت یا جت‌های سیال متلاشی می‌شود. این متلاشی شدن با انرژی جنبشی سیال (نیتروژن، آرگون، هلیم، هوا یا آب) انجام می‌گیرد.

ذرات مذاب تولید شده در اتمسفر گازی یا در آب، ریخته شده و منجمد می‌گردد. در صورت استفاده از آب، پس از جمع‌آوری، پودرها باید خشک شوند. این پروسه برای تولید پودرهای فلزی و آلیاژی در مقادیر و حجم‌های زیاد به کار می‌رود. اهمیت این دو روش (سیال گاز یا مایع) عمدتاً در خواص مطلوب پودرهای تولیدی است.

فرآیند اتمیزه کردن با سیال مایع (نوعاً آب) پیچیدگی‌های کمتری نسبت به گاز دارد و هزینه‌های سرمایه‌گذاری آن نیز کمتر است. جت آب که باعث متلاشی شدن می‌گردد، دارای چسبندگی، دانسیته و سرعت سرد کردن بیشتری نسبت به جت گازی بوده، اما قدرت زیادی در اکسید کردن فلزات فعال دارد و درعین‌حال، شکل ذرات پودر فلزی نیز، بی‌قاعده است.

در فرآیند اتمیزه کردن با گاز، شکل ذرات، کروی یا شبه‌کروی است و چنانچه گاز خنثی در آن به کار رود، از اکسیداسیون جلوگیری می‌شود.

ب) اتمیز کردن به کمک نیروی گریز از مرکز

در این تکنیک، از نیروی گریز از مرکز برای شتاب دادن به جریان مذاب و غلبه بر سطح کششی آن استفاده می‌شود. میزان تولید پودر در این تکنیک‌ها نسبت به اتمیزه کردن با سیال بسیار کمتر و محدودتر بوده و هزینه‌های سرمایه‌گذاری و قیمت پودرهای تولیدی در این فرآیند بسیار گران است. لازم به ذکر است که از این شیوه برای تولید قطعات پودری آهنی نیز استفاده می‌شود. فرآیند الکترود چرخنده یکی از مهم‌ترین روش‌های تولید پودر به روش اتمیزه کردن با نیروی گریز از مرکز است.

آتمیز کردن پودرها با نیروی گریز از مرکز

در این فرآیند، انتهای یک میله در حال چرخش حول محور طولی خود ذوب می‌شود و قطرات مذاب به‌صورت گریز از مرکز به اطراف پرتاب و به‌صورت کروی شکل، جامد می‌گردند. عمل ذوب ممکن است توسط قوس الکتریکی از طریق یک الکترود مصرف نشدنی از جنس تنگستن صورت گیرد.

در موارد پیشرفته‌تر، از قوس پلاسما لیزر یا بمباران الکترونی برای عمل ذوب استفاده می‌شود. فلزی که باید به پودر تبدیل گردد به‌صورت الکترودهایی با طول و قطر معین تهیه می‌شود. سرعت چرخش الکترود بسته به شرایط مختلف و قطر ممکن است تا بیست‌وپنج هزار دور در دقیقه هم برسد. معمولاً عمل ذوب تحت پوشش گاز خنثی صورت می‌گیرد. ذرات پودر تولیدی تقریباً کروی و در اتمسفر خنثی از درجه خلوص بیشتری برخوردار است.

مزایای این روش شامل کیفیت سطح خوب، شکل کروی و توزیع اندازه ذرات در محدوده مشخص و امکان تولید پودر فلزات فعال است. از معایب این متد نیز می‌توان به هزینه‌های گران تهیه الکترود، درشت بودن ذرات پودر، سرعت انجماد کم و نیز وجود آلودگی‌های ناشی از الکترود تنگستن در پودر اشاره کرد.

ج) اتمیز کردن با تصادف مذاب با سطح جامد

در این روش، از برخورد مذاب با یک سطح جامد استفاده شده و انرژی ضربه باعث متلاشی شدن جریان قطرات مذاب به دانه‌های ریزتر می‌گردد.

• فرآیند متلاشی شدن ضربه‌ای: در این شیوه، برخورد بازوهای صفحه دوار با جریان مذاب که در حال سقوط هستند، تولید قطرات ریزتر مذاب را فراهم کرده و در نهایت پودرهای فلزی جامد می‌گردد.
• روش دیگر: روشی دیگر نیز وجود دارد که در آن مذاب به‌وسیله پلاسما یا هر نوع منبع حرارتی دیگری شبیه به آن تولید و با سرعت معین به‌سوی صفحه دوار یا غلتک دوار پرتاب می‌شود. اندازه پودرهای تولیدی به این روش زیر 10 میکرومتر، با سطوح صاف و منحنی و سرعت انجماد زیاد است. برای مذاب‌هایی با چسبندگی بیشتر، سرعت قطرات مذاب باید بیشتر اختیار شود.

د) اتمیز کردن مکانیکی

در این فرآیند، عمل متلاشی شدن مذاب با یکی از روش‌های مکانیکی انجام می‌شود؛ که شامل موارد زیر هستند:

• اتمیزه کردن نوردی: در این فرآیند، جریانی از مذاب پس‌ازاینکه توسط گرم‌کننده‌ها به‌شدت حرارت داده شدند، فوراً به داخل سیستم نورد می‌روند. سپس با غلتک‌های در حال گردش، نورد به پودر تبدیل شده و در نهایت، در یک محفظه سرد جمع‌آوری می‌شود.
• اتمیزه شدن التراسونیک: این فرآیند یک طراحی جدید از اتمیزه شدن گازی است که از نازل مخصوص تشکیل شده است. این ایده بر اساس وجود لوله‌ی شوک موج هارتمن در یک نازل گازی به‌عنوان تولید کننده امواج شوکی با فرکانس التراسونیک و سرعت‌های مافوق صوت پایه گذاری شده است. در این شیوه، جریان فلز مذاب به دلیل برخورد با گازهای با سرعت‌های مافوق صوت و فرکانس‌هایی بین 120 تا 60 کیلوهرتز، متلاشی شده و به ذرات پودر بسیار ریز تبدیل می‌شود.

این فرآیند تحت تأثیر عواملی مانند فشار گاز، دبی گاز، دانسیته مذاب، فوق‌ذوب و خصوصیات فلز در ذرات پودر تولیدی قرار دارد. از مزایای این روش می‌توان به تولید پودرهای کروی بسیار ریز با دامنه توزیع کوچک و بدون تخلخل گازی اشاره کرد. بایددرنظر داشت که در نهایت پودرهای فلزی به دست آمده در این شیوه در قالب‌های خاص فشرده و سپس تحت گرما و فشار با یکدیگر اتصال پیدا می‌کنند. این فرآیند اتصال دانه‌ها را به شکل متحد می‌کند و به تولید قطعات پودری آهنی با ویژگی‌های مکانیکی مطلوب کمک می‌کند.

روش‌های شیمیایی

در روش‌های شیمیایی، خواص پودرهای فلزی قابلیت تغییر خوبی دارند و تنوع زیاد متغیرها و عوامل تولید در این روش‌ها، موجب کنترل دقیق اندازه و شکل ذرات پودر می‌شود. این موارد عبارت‌اند از:

آتمیزه کردن از روش مکانیکی

تکنیک احیای اکسیدهای فلزی

این فرآیند بیشتر در مورد تولید پودر آهن، مس، تنگستن و مولیبدن به کار می‌رود. ذرات پودر تولیدی این روش اساساً دارای خلل و فرج زیادی بوده و به همین دلیل، قابلیت تراکم‌پذیری این پودرها خوب است. عمل احیاء معمولاً توسط هیدروژن، منواکسید کربن یا کربن انجام می‌شود. مواد اولیه نیز در خواص پودر نقش مهمی دارند. در کشورهایی که دارای سنگ معدن آهن با عیار بالایی هستند، پودر آهن با استفاده از این روش به مقیاس بالا تولید می‌شود.

روش تجزیه حرارتی کربنیل‌های فلزی

در این فرآیند، ابتدا منوکسید کربن را از روی فلز اسفنجی یا براده آهن عبور می‌دهند. این کار در دماهای (270-200) درجه سانتی‌گراد و فشار معین (تا 200 اتمسفر) انجام می‌گیرد تا کربنیل فلزی ایجاد گردد. این فرآیند بیشتر در مورد تهیه پودر نیکل و آهن به کار می‌رود.

Fe+5co ↔ Fe (co)5

Ni +4co ↔Ni (co)4

هر دو کربنیل به وجود آمده در درجه حرارت اتاق به حالت مایع تبدیل می‌شوند. کربنیل آهن در 103 درجه سانتی‌گراد و کربنیل نیکل در 43 درجه به وجود می‌آیند. در محیط‌های اتمسفر، کربنیل‌ها از اثر گرما تحت پردازش حرارتی قرار گرفته و به حالت جوش درمی‌آیند، سپس گازهای تولیدی به محیط منتقل شده و از طریق تجزیه پودر آهن یا نیکل، ترکیبات باقی‌مانده تشکیل می‌شوند.

این پودر ممکن است مرحله آسیاب کردن نیز داشته باشد. پودرهای تولیدی با این روش از درجه خلوص بالا برخوردار هستند. در مورد آهن، اندازه ذرات بسیار ریز و شکل آن نیز کروی است. در مورد نیکل، شکل ذرات بی‌قاعده و متخلخل و اندازه ذرات نیز ریز است. تولید آن به‌صورت تجاری با این روش انجام می‌گیرد.

روش رسوب الکترولیتی از نمک‌ها یا محلول‌های فلزی

این شیوه، به‌منظور تهیه پودرهای فلزی استفاده می‌شود. در این فرایند، تعدادی از پودرهای فلزی توسط رسوب‌گیری از نمک‌های محلول خود یا هیدروکسیدها، کربنات‌ها و یا اگزالات‌های خود تهیه می‌گردند. در این ترکیبات، تبدیل به فلزات یا اکسیدهای فلزی به همراه گازهای مختلف صورت گرفته و دی‌اکسید اورانیوم، پلاتین، سلنیم، نقره و نیکل با این روش به پودر تبدیل می‌شوند.

تکنیک تجزیه هیدریدهای فلزی

ابتدا فلزات موردنظر به‌صورت ورقه‌های نازک تهیه شده و در حضور هیدروژن حرارت می‌گیرند و باعث تولید هیدرید فلزی می‌شود. سپس هیدریدهای فلزی که ترد نیستند، آسیاب شده و به پودر تبدیل می‌شوند. پودر هیدریدهای فلزی سپس با اعمال حرارت و تحت خلاء دی‌هیدروژنه می‌شوند و محصول حاصل دوباره آسیاب شده و در نهایت پودر فلزی به دست می‌آید. این فرآیند در تولید تیتانیوم و زیرکونیوم کاربرد دارد.

روش تجزیه ترمیت

اکسید فلزی با پودر یک فلز دیگر در اثر حرارت تجزیه شده و فلز مورد نظر به‌صورت پودر به دست می‌آید. در حالت دیگر، به‌جای پودر فلز، برای احیا از هیدرید فلز استفاده می‌شود. یکی از مثال‌های این فرآیند احیای تی اکسید کروم به‌وسیله منیزیم بوده و احیای دی‌اکسید اورانیم با کلسیم نیز یک مثال دیگر از کاربرد این تکنیک است.

2. مخلوط کردن پودر

پس از آماده شدن پودر، مرحله‌ی بعدی اعمال مواد افزودنی است. این مواد ممکن است شامل پودرهای آلیاژی برای آلیاژ‌سازی، روغن‌کاری برای تسهیل عملیات پرس کردن، افزوده‌های تبخیری برای رسیدن به تخلخل موردنظر و مواد چسبنده برای افزایش استحکام قطعه در حالت خام باشند. میزان مواد افزوده شده بیشتر به‌دلخواه و تجربه صورت می‌گیرد.

اضافه شونده‌های تبخیری یا تولید‌کننده حفره می‌توانند موادی مانند اکسالات آمونیوم باشند که در اثر حرارت به گازهای مختلف تجزیه می‌شوند. هنگامی‌که قطعه پخته شده است، حفره‌هایی متناسب با ابعاد ذره ایجاد می‌شود. پودرهای فعال معمولاً حفره کمتری ایجاد می‌نمایند و پودرهای غیرفعال برای پر دانسیته شده ممکن است به درجه حرارت بالاتر یا زمان بیشتری برای تفجوش نیاز داشته باشند.

پس از افزودن مواد به پودر، مخلوط باید توسط همزن همگن شود. زمان اختلاط بسته به پودر مورد استفاده، متفاوت است و معمولاً با آزمایش بهینه می‌شود. در بسیاری از موارد، به‌منظور پیشگیری از کاهش اندازه دانه، کار سختی و جداسازی پودرها، از زمان‌های طولانی اختلاط باید خودداری شود.

در این شیوه، عوامل مؤثر بر اندازه ذرات در حین اتمیزه کردن به شرح زیر می‌باشند:

• قطر نازل: قطر کمتر نازل باعث ریزتر شدن دانه‌ها می‌شود.
• دمای مذاب: افزایش دمای مذاب منجر به کاهش ویسکوزیته دانه‌ها شده و باعث ریزتر شدن آن‌ها می‌گردد.
• فشار انژکتور: افزایش فشار انژکتور نیز باعث ریزتر شدن دانه‌ها می‌شود. در اتمیزاسیون گازی، زاویه برخورد گاز و مذاب نیز تأثیرگذار است؛ زاویه برخورد کمتر ممکن است منجر به دانه‌های درشت‌تر شود، درحالی‌که زاویه برخورد زیاد می‌تواند نازل را ببندد.

این عوامل به‌طورکلی نشان‌دهنده اهمیت شرایط عملیاتی در فرآیند اتمیزه کردن بر روی اندازه و شکل ذرات است.

آزمایش و ارزیابی پودر

برای استفاده مؤثر از پودر و تبدیل آن به قطعات پودری آهنی، باید از کیفیت آن اطمینان حاصل کنید. مراحل آزمایش و ارزیابی پودر عبارت‌اند از:

• چگالی ظاهری: پودر باید دارای چکالی ظاهری بالا باشد؛ این به معنای تراکم‌پذیری مناسب و پر نشدن فضای خالی بین دانه‌های ریز، حتی تحت فشار است.
• سیلان و یکنواختی: اطمینان از خواص سیلان پودر از اهمیت بالایی برخوردار است. سطح صاف پودر تأثیر مستقیمی بر فرآیند سیلان و تغذیه یکنواخت آن به قالب دارد.
• درصد خلوص: ارزیابی درصد خلوص پودر ضروری است. این آزمون به تأثیر مواد ناخالص، توسعه ناهمگنی و کیفیت کلی پودر پرداخته و اطمینان از استانداردهای موردنیاز را فراهم می‌کند.
• رطوبت و ناخالصی‌ها: اندازه‌گیری و کنترل رطوبت و میزان ناخالصی‌های ممکن در پودر، مهم است. این موارد می‌توانند تأثیر مستقیمی بر کیفیت و کارایی پودر در فرآیندهای بعدی داشته باشند.

با انجام این آزمون‌ها و ارزیابی‌ها، اطمینان از تأمین یک پودر باکیفیت برای استفاده در فرآیندهای مختلف حاصل می‌گردد.

آزمایش و ارزیابی قطعات پودری آهنی

همچنین باید در نظر داشت که مخلوط کردن (امتزاج)، ترکیبی است که در آن تمام ذرات هر ماده به‌طور یکنواخت در کل مخلوط پخش‌شده باشند. ممکن است پودرهای فلزی مختلف برای دستیابی به خواص خاص فیزیکی و مکانیکی با یکدیگر مخلوط شوند. افزودن روان‌سازها به‌منظور بهبود ویژگی‌های جریان پودر مخلوط نیز ممکن است انجام شود.

این عمل می‌تواند منجر به کار سختی و سایش ذرات گردد، همچنین نسبت بالای سطح مساحت به حجم پودر می‌تواند باعث حساسیت به اکسیداسیون گشته و در نتیجه ممکن است احتراق ایجاد نماید.

3. فشرده‌سازی

این تکنیک شامل موارد زیر است:

• همگن کردن و اختلاط: در فرآیند همگن کردن و اختلاط مواد پودری، عوامل تأثیرگذاری مانند جنس و اندازه دانه‌ها، نوع و اندازه مخلوط‌کن، حجم نسبی پودر نسبت به حجم مخلوط‌کن و همچنین سرعت و زمان مخلوط‌سازی، درگیر هستند. عوامل محیطی مانند رطوبت نیز می‌توانند بر سهولت مخلوط‌سازی تأثیرگذار باشند.
• روان‌سازی پودر: فرآیند روان‌سازی پودرهای فلزی اصلی‌ترین‌ کار با استفاده از استیارات‌های با مبنای آلومینیوم، روی، لیتیوم، منیزیم و کلسیم انجام می‌گیرد. این استیارات‌ها با طول زنجیره مولکولی حدود 12 تا 22 اتم کربن، فعالیت سطحی بالا و دمای ذوب نسبتاً پایین، به‌عنوان عوامل روان‌سازی مؤثر عمل می‌کنند.
• خشک‌کردن پاششی: برای پودرهای ریز و سختی مانند تنگستن، مولیبدن، کربید تنگستن و اکسید آلومینیوم که جریانی کند و چگالی ظاهری کم دارند، از فرآیند خشک‌کردن پاششی استفاده می‌شود. با این روش، پودر با یک ماده آلی و عاملی فرار مخلوط شده و دوغابی ایجاد می‌شود. سپس این دوغاب به بیرون از محفظه گرم، پاشیده شده و به دلیل نیروی کشش سطحی، به‌صورت دانه‌های کلوخه ‌شده و به شکل کروی تبدیل می‌گردند.

هدف اصلی از فشردن پودر، تولید خشته با ویژگی‌های موردنظر است که با ایجاد حداقل اصطکاک بین پودر و جداره قالب، بهبود یابد. در این راستا، باید نسبت نیروهای محوری به شعاعی کاهش یافته تا سایش قالب به حداقل برسد و راندمان فشردن بهبود یابد. انتخاب نسبت ارتفاع به قطر خشته نیز به‌منظور همگن کردن ویژگی‌های قطعه انجام می‌گردد.

علاوه بر مطالب گفته شده در بالا ممکن است فشار از همه جهات به قالب وارد شود که در این حالت به آن پرس ایزواستاتیک گفته می‌شود.

پرس ایزواستاتیک (Isostatic Pressing)

این روش فناوری است که در آن برای فشردن پودر در یک قالب به شکل معین، از فشار هیدواستاتیک استفاده می‌کند. این فرایند، به دو دسته اصلی تحت عناوین زیر تقسیم‌بندی می‌شود:

• پرس ایزواستاتیک سرد :(CIP) یکی از روش‌های متالورژی پودر، روش فشار ایزواستاتیک است که از آن برای تولید قطعات پودری آهنی نیز استفاده می‌شود. در این شیوه، فشارهای مساوی به‌صورت هم‌زمان در دمای محیط و در تمام جهات بر پودر فلزی وارد می‌شود. این فرآیند از یک قالب انعطاف‌پذیر بهره می‌برد که پودر در آن پر شده و تحت تأثیر فشار ایزواستاتیک قرار می‌گیرد. فشار مورد نیاز توسط یک سیال مانند آب که قالب را احاطه کرده است، فراهم می‌گردد.

روش انجام به این صورت است که قالب در محفظه قرار گرفته و سطح سیال بالا می‌آید. سپس درب بالایی محفظه بسته شده و آب به محفظه وارد می‌شود تا هوا را جایگزین کند. سپس سیستم آب را فشرده کرده و باعث کاهش حجم پودر و فشرده شدن قطعه می‌گردد. پس از اتمام فشردن، فشار کاهش یافته و آب از محفظه خارج می‌شود. این روش به‌ویژه برای تولید قطعات با ویژگی‌های دقیق و یکنواخت و با کاربردهای خاص در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• پرس ایزواستاتیک گرم :(HIP) این متد شامل یک اتوکلاو با دیواره‌ی سردشونده است که در آن از گازی مانند آرگون با فشار حدود 100 مگاپاسکال برای فرآیند پرس استفاده می‌شود. تجهیزات سیستم شامل یک کوره، مخزن فشار و یک سیستم گاز و برق است. در این فرآیند، پودر فشرده در داخل قالب قرار داده شده و سپس قالب در محفظه‌ی HIP قرار می‌گیرد. در ادامه، تحت فشار و دماهای مورد نیاز قرار گرفته و به مدت زمان مشخصی نگهداری می‌شود. سپس فشار اعمال شده حذف شده، دما به‌مراتب کاهش پیدا می‌کند و قطعه مورد نظر با سرعت مناسب از قالب خارج می‌گردد.

4. تف جوشی یا سینتر کردن

زینترینگ فرایندی است که در آن پودر فلزی با اعمال حرارت در دمایی زیر ذوب فلز قرار گرفته به‌گونه‌ای که با پودرهای فلزی پیوند برقرار می‌کنند. در این فرآیند، سینترینگ دانه‌ها از طریق حرکت‌های اتمی انجام گرفته که به انرژی سطحی دانه‌های پودر فلزی فائق می‌شود. این اتم‌ها به‌واسطه انرژی بالا به‌طور زیاد حرکت می‌کنند و پیوندهای بین دانه‌ها تدریجاً برقرار می‌شوند. افزایش مساحت ویژه‌ی دانه‌ها به دلیل اندازه‌ی کوچک‌تر آن‌ها باعث افزایش انرژی و سرعت زینتر شدن می‌شود.

سینتر کردن قطعات پودری آهنی

در یک جامد بلوری، هر تماس بین‌دانه‌ای یک مرزدانه ایجاد می‌کند که با انرژی مرزدانه‌ای همراه است. این مرزدانه‌ها دارای نقص‌ها و تحرک اتمی بالا هستند. برای پودرهای فلزی، مکانیزم‌های زینترینگ عمدتاً از مسیرهای حرکت اتمی در روی سطح، در امتداد مرزدانه‌ها یا حتی در داخل شبکه بلوری هستند.

مراحل سینترینگ

همان‌طور که اشاره شد، سینترینگ یک فرآیند پیچیده است که به‌منظور ایجاد پیوندهای بین دانه‌ها و بهبود ویژگی‌های مکانیکی و ساختاری قطعه، انجام می‌شود. مراحل سینترینگ عبارت‌اند از:

مرحله 1: تماس اولیه و رشد گردنه: در این مرحله از سینترینگ، زمان مجاورت دو ذره، تماس اولیه بین آن‌ها برقرار می‌شود و نیروهای بین اتمی به‌عنوان اثرات اولیه ایجاد می‌شوند. در این زمان، رشد گردنه‌ی تابع کاهش انرژی آزاد سطح است. مکانیزم‌های نفوذ سطحی از قبیل انتقال از مرز، نفوذ شبکه‌ای از روی مرز و نابه‌جایی‌ها، باعث رشد گردنه در این مرحله می‌شوند.

مرحله 2: تراکم و رشد دانه‌ها: مرحله دوم در سینترینگ نقش اساسی ایفا می‌کند. با رشد دانه، تراکم بیشتری ایجاد شده و حفره‌ها صاف‌تر و به‌صورت کروی و به شکل بسته در می‌آیند. در این مرحله، رشد گردنه ادامه پیدا کرده و حفره‌ها به سمت مرزدانه حرکت می‌کنند و در آن متمرکز می‌شوند. سطوح آن‌ها کاهش می‌یابد، به‌طوری‌که درنهایت سطح ذرات به 50 درصد نسبت به مرحله اولیه سینترینگ می‌رسد.

مرحله 3: جداشدن حفره‌ها و افزایش ابعاد: حفره‌های کروی‌شکل از مرز جدا می‌شوند و با افزایش زمان سینترینگ، ابعاد ذره و خلل و فرج افزایش می‌یابد. این افزایش در ابعاد و کاهش تخلخل منجر به افزایش چگالی، شعاع تخلخل و نفوذ حجمی می‌شود. زمان و درجه حرارت بیشتر، تأثیرات منفی از قبیل انقباض بیشتر، رشد دانه‌ها و افزایش هزینه را به همراه داشته و افزایش فشار نیز سایش ابزار را در پی دارد.

در سینترینگ، نقاط تماس دانه‌های پودر به شکل گلویی تغییر می‌کنند. مرحله اول وضعیت مرزها و حفره‌ها، آهنگ سینترینگ را کنترل کرده و در مرحله دوم، هندسه حفره‌ها پیچیده می‌شود. با پیشرفت، حفره‌ها به شکل استوانه تغییر شکل می‌دهند و در آخر، هندسه حفره‌ها می‌توانند رشد دانه‌ها را کند کنند و به همراه مرز دانه‌های در حال حرکت و رشد، کشیده شده و حرکت نمایند.

اهمیت متالورژی در تولید قطعات پودری آهنی

دلایل اهمیت فرآیند متالورژی عبارت‌اند از:

• به دلیل قابلیت اتوماسیون و سرعت بالا، صرفه اقتصادی بالایی دارد.
• برای تولید قطعاتی که از ترکیب فلزات و غیر فلزات استفاده می‌شود، این روش توصیه می‌شود.
• قابلیت دسترسی به رنج وسیعی از ترکیبات وجود داشته و ضایعات ماشین‌کاری حذف شده یا به حداقل مقدار خود می‌رسد.
• قابلیت تولید با نرخ بالا که از 500 تا 1000 قطعه در ساعت فراتر می‌رود، در طول فرآیند به وجود آمده و تولید قطعات پیچیده و منحصر به فرد به‌طور ساده امکان‌پذیر است.
• برای تهیه آلیاژهایی از دو فلز که نقطه ذوبشان با یکدیگر تفاوت زیادی دارند (مانند مس و تنگستن)، بهترین راه عملی روش متالورژی پودر است.
• گاهی اوقات به دلیل محدودیت‌های ابعادی، هندسه‌ی قطعه یا نوع آلیاژ مورد استفاده، به‌کارگیری روش‌های دیگر ممکن نیست. برای مثال جهت تولید رشته‌های مقاومت بسیار کوچک لامپ که از تنگستن بسیار سخت تهیه می‌شوند، روش‌های دیگر غیرقابل استفاده بوده و منحصراً باید از تکنولوژی متالورژی پودر استفاده کرد. این فرآیند به دلیل مزایای زیر در تولید قطعات پودری آهنی نیز مورد توجه قرار می‌گیرد.

جایگاه متالورژی پودر در صنعت

اهمیت و جایگاه متالورژی پودر در صنعت برهمگان واضح است. این روش به‌عنوان یک تکنولوژی حیاتی در تولید قطعات پیچیده و محصولات با کیفیت بالا شناخته می‌شود که با استفاده از روش‌های دیگر، این امکان فراهم نمی‌شود. برای درک اهمیت این روش، برخی از کاربردهای برجسته این تکنیک در صنایع مختلف را خواهیم گفت:

• مغناطیس: رله، مگنت و هسته
• چاپ: جوهر، پوشش و ورقه‌های چندلا
• پزشکی: آمالگام‌های دندانی، پنس و انبرک جراحی
• عملیات حرارتی: ترموکوپل، کوره‌ها و سینی‌های حمل
• جوشکاری: لحیم، الکترود جوشکاری و فیلتر جوشکاری
• متالورژی: بازیابی فلزات، ساخت کامپوزیت و آلیاژسازی
• صنایع پلاستیک: قالب پرکننده، ابزارآلات و سطوح سایشی
• ماشین‌آلات صنعتی: قطعات مورد استفاده در ماشین‌آلات نساجی و دیگر ماشین‌های صنعتی
• خودرو: متالورژی پودر در قطعات خودروها شامل، چرخ‌دنده، یاتاقان، بوش‌ها، ذغال‌های استارت و دینام، بادامک‌ها، پیستون، کمک فنر و هسته استاتور دینام

بوش‌های الکتریکی موتورها از ترکیب مواد فلزی و غیرفلزی، چرخ‌های سنگ‌زنی با استفاده از فولاد و پودر الماس از دیگر قطعاتی هستند که به روش متالورژی پودر تولید می‌شوند.

فراورده‌های متالورژی پودری سهند

متالورژی پودری سهند، به‌عنوان یک واحد تولیدی نوآور در زمینه پودر برنز و پودر مس، همچنین تولید کننده قطعات فولادی و برنزی با استفاده از تکنولوژی متالورژی پودر، مشغول به کار است. این شرکت، با بهره‌گیری از تکنولوژی پیشرفته و بهره‌مندی از دانش فنی، به تولید حرفه‌ای و انبوه محصولات پرداخته و به‌عنوان یکی از پیشگامان در تولید محصولات متالورژی پودری در کشور شناخته می‌شود.

فعالیت‌های تخصصی این مجموعه، با بیش از 4 دهه تجربه مستمر و حرفه‌ای، به تولید محصولات باکیفیتی چون قطعات متالورژی پودری آهنی، پودرهای آتمیزه، بوش‌های خود روغن‌کار، فیلترهای برنزی، سیت و گاید سوپاپ گسترش یافته است. این محصولات با ارائه به شرکت‌های تولیدی کشور، نقش بارزی در تحولات صنعت متالورژی ایران ایفا می‌کنند.

شرکت سهند، با بهره‌گیری از ماشین‌آلات و تجهیزات مدرن در مراحل متعددی ازجمله مخلوط‌سازی، شکل‌دهی، تفجوشی، سایز کردن و عملیات حرارتی، قادر به تولید یک طیف گسترده از قطعات فولادی و برنزی در واحدهای تولیدی متنوع مطابق با استانداردهای جهانی است.

همچنین واحد کنترل کیفیت و آزمایشگاه شرکت متالورژی پودری سهند با استفاده از تجهیزات پیشرفته از قبیل پروفایل پروژکتور،VMS و واحدهای مرتبط، مسئولیت کنترل کیفیت محصولات تولیدی و نظارت کامل بر تمامی مراحل تولید را بر عهده دارد.

علاوه بر این، واحد طراحی و ساخت قالب‌های قطعات مورد سفارش در شرکت متالورژی پودری سهند، با استفاده از نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای پیشرفته، با ماشین‌آلات اصلی از قبیل اسپارک، ماشین‌های تراش CNC، کوره‌های عملیات حرارتی و سایر واحدهای مجتمع، به دنبال پیشرفت و بهبود در فرآیند ساخت قالب‌ها هستند.