ساخت قطعاتی با اشکال پیچیده، تلرانس دقیق ابعادی و هزینه های کم تولید از جمله مزایای عمده روش متالورژی پودر می باشد. به طور کلی خواص مکانیکی قطعات متالورژی پودر تابعی از چگالی و یا به عبارت دیگر تخلخل باقیمانده در محصولات متالورژی پودر می باشد. بر خلاف مواد سرامیکی، چگالش در جریان فرآیند تف جوشی، به دلیل ایجاد تلرانس ابعادی بالا در محصولات متالورژی پودر مطلوب نبوده و لذا چگالی مورد نیاز جهت حصول خواص مکانیکی مطلوب در قطعات متالورژی پودر می بایست در جریان فرآیند فشردن حاصل شود. از سوی دیگر حداکثر چگالی قابل حصول در جریان فرآیند متراکم سازی پودر های آهنی، به دلیل کارسختی حاصله در مرحله فشردن، به حدود 1/7 گرم بر سانتیمتر مکعب محدود می شود. برای دستیابی به چگالی بالاتر روش های متنوعی نظیر متراکم سازی گرم، فشردن با سرعت بالا، آهنگری پودر، دو بار فشردن/ دو بار تف جوشی و … مورد استفاده قرار می گیرد. در فرآیند دو بار فشردن/ دو بار تف جوشی، نمونه های متراکم شده برای بار دوم تحت فرآیند فشردن قرار می گیرند، لذا برای به حداقل رساندن اثر کارسختی ناشی از فشردن مرحله اول و چگالش بالاتر در جریان مرحله متراکم سازی ثانویه به یک مرحله عملیات آنیل میانی نیاز می باشد. اعمال کار سرد معمولا موجب کاهش انعطاف پذیری و افزایش استحکام می شود. در جریان فرآیند بازیابی این خواص به تدریج به مقادیر اولیه خود بازگشته و تنش های داخلی نیزکاهش می یابد.
در این پژوهش، برای بررسی تاثیر فشار فشردن مرحله اول بر درجه حرارت بهینه فرآیند آنیل میانی، رنج وسیعی از درجه حرارت آنیل در سه فشار مختلف فشردن اولیه مورد بررسی قرار گرفت. بررسی متالوگرافی نمونه های دو بار فشرده شده نشان می دهد که، تا حدود دمای 800 درجه سانتیگراد تغییرات محسوسی در ریز ساختار دیده نمی شود. با توجه به این نکته که بازیابی هر چه کاملتر در درجه حرارت آنیل بالاتر رخ می دهد؛ لذا می توان انتظار داشت که چگالی خام نمونه ها قبل از فرآیند متراکم سازی ثانویه با افزایش درجه حرارت آنیل، به دلیل حذف هر چه بیشتر کارسختی ناشی از اعمال فشردن اولیه، افزایش یابد. اما از سوی دیگر در مورد فولاد های تف جوشی شده حاوی کربن، انحلال کربن در جریان فرآیند آنیل دمای بالا منجر به تولید فاز های سخت و غیر شکل پذیر می شود که به نوبه خود تراکم پذیری را در جریان فشردن ثانویه محدود می کند. بنابراین تعیین درجه حرارت بهینه آنیل میانی با در نظر گرفتن دو حد مذکور برای حصول قطعاتی با حداکثر چگالی و متعاقبا خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب الزامی است.
مرور بر منابع
1-1- تاریخچه متالورژی پودر
صنعت متالورژی پودر از زمان های خیلی دور، مدت ها قبل از اینکه صنعتگران با ذوب و ریخته گری آهن آشنا شوند مورد استفاده بوده است. به عنوان مثال می توان به این موضوع اشاره کرد که مصریان قدیم تقریباً 3000 سال قبل از میلاد مسیح به کمک روش متالورژی پودر ابزار آلات آهنی تهیه می کرده اند و یا هندیان قدیم که جواهرات و مصنوعات فراوانی را به کمک پودرهای فلزی ساخته بودند [1].
اولین محصول مدرن متالورژی پودر فیلمان های تنگستنی لامپ های الکتریکی بوده که در اوایل قرن نوزدهم تولید شده است. توسعه P/M 1 در دهه ی 30 با تولید کاربیدهای تنگستن جهت ابزارهای برش تداوم یافت و در دهه 60 و 70 با تولید قطعات خودرو و قطعات مربوط به موتورهای هواپیما بیش از پیش با گسترش مواجه شد. تولید قطعات به کمک فرآیندهای آهنگری پودر و قالب گیری تزریقی پودر فلزی در دهه ی 90 از دیگر پیشرفت های صنعتی فرآیند متالورژی پودر محسوب می شود. تا اینکه در دهه اخیر صنعت متالورژی پودر با ورود به عرصه نانوتکنولوژی خود را با علوم و فرآیندهای نوپا و پیشرو در دنیا هماهنگ کرده و همگام با سایر فرآیندهای تولید مواد فلزی تمایل به توسعه و گسترش بیش از پیش از خود نشان داده است [1].
امروزه بسیاری از قطعات تولید شده به کمک متالورژی پودر در موارد گوناگونی نظیر: اتومبیل ها، ابزار آلات آشپزخانه، تجهیزات باغبانی، کامپیوترها، تجهیزات دندانپزشکی و قطعات مربوط به حفاری چاه های نفت و گاز به کار برده می شوند. از كاربردهاي رايج روش توليد متالورژي پودر ميتوان به ساخت قطعات مكانيكي مورد استفاده در صنعت خودروسازي از قبيل چرخدنده، شاتون، ميل بادامك، پيستون، شاتون، قطعات خودروانكارمانند بوشهاي متخلخل و غيره اشاره نمود. همچنين براي توليد مواد مخصوص،‌ جديد و پيشرفته (فلزات با دماي ذوب بالا، مواد كامپوزيتي با زمينه هاي فلزي،‌ بين فلزي و سراميكي،‌ مواد اصطكاكي،‌ مواد مقاوم به خوردگي مانند فولادهاي زنگ نزن تف جوشي شده و سوپرآلياژها، مواد ديرگداز مانند سراميك ها،‌ مواد متخلخل مانند فيلترها،‌ فوم هاي فلزي،‌ مواد مورد استفاده در صنايع الكتريكي نظير اتصالات الكتريكي و‌ المنت‌هاي گرماساز، مواد مغناطيسي نرم و سخت،‌ مواد ابزار مانند فولادهاي تندبر،‌ كاربيدهاي سمانته، سرمتها، الماس و نيتريدها، آلياژهاي سنگين،‌ مواد آمورف و نانوكريستالي، مواد هسته اي و …) از روش متالورژي پودر استـفاده ميگـردد [2].
1-2- روند کلی ساخت قطعات متالورژی پودر
فرآیند متالورژی پودر، فرآیند تولید قطعات با شکلی نزدیک به شکل نهایی و یا شکل نهایی است. هدف اصلي در این فرآیند، توليد توده ای متراکم از پودر های فلزی با استحكام کافی جهت حمل و سپس حرارت‌دهي آن در دمايي كمتر از دماي ذوبش تحت اتمسفر کنترل شده مي باشد. در طول اين فرآيند كه تف جوشي2 نام دارد، ذرات پودر به يكديگر جوش خورده و ماده استحكام كافي جهت سرويس‌دهي مورد نظر را مي‌يابد [3].
درشکل 1-1 روند کلی تولید قطعات تف جوشی شده نشان داده شده است.
شکل 1-1- فلوچارت روند كلي ساخت قطعات متالورژی پودر.با استفاده از روش متالورژي پودر ميتوان قطعاتي در گستره وسيعي از خواص فيزيكي و مکانيکي توليد کرد [4]. عوامل متعددي جهت دستيابي به خواص مورد نظر در مواد تف جوشي شده وجود دارد، اما در بين آنها ميزان دانسيته و مقدار عناصر آلياژي از پارامترهاي مهم محسوب مي‌شوند [5]. بطور کلي خواص مكانيكي قطعات متالورژي پودر تابعي از دانسيته يا به عبارت ديگر تخلخل باقيمانده ميباشد. افزايش دانسيته در قطعات متالورژي پودر منجر به بهبود خواص فيزيكي و مكانيكي آنها خواهد گرديد [6]. روشهاي متداول ساخت و توليد، جهت افزايش دانسيته در صنعت متالورژي پودر شامل تف جوشي در حضور فاز مايع، فلزخوراني يا عبور تدريجي، دوبار پرس / دو بار تف جوشي، فشردن با سرعت بالا، پرس داغ، پرس ايزواستاتيك داغ، پرس ايزواستاتيك سرد، اكستروژن و آهنگري پودر مي‌باشند [7].
1-3- دلایل گسترش متالورژی پودر
دلایل تمایل به سمت قطعات P/M را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود:
1) فرآیند P/M یک روش با بهره اقتصادی برای تولید قطعات فلزی با شکلی دقیق و نزدیک به شکل نهایی می باشد.
2) فرآیند P/M از جمله روش های جدید تولید، برای بهبود کیفیت محصول و بهره وری آن به شمار می رود.
3) محدود کردن عملیات ثانویه پر هزینه ماشینکاری به دلیل تولید قطعاتی با شکلی نزدیک به شکل نهایی.
4) بهبود بهره وری اقتصادی به واسطه محدود کردن مراحل تولید و امکان فراهم آوردن ویژگی های خاص در قطعات نظیر قابلیت خود روغنکاری و امکان فیلتراسیون کنترل شده در قطعات [1].
5) به کمک فرآیند P/M این امکان وجود دارد که بازده بیش از 97% برای مواد اولیه مصرفی حاصل شود.
6) P/M روشی مناسب برای تولید قطعاتی با نرخ تولید بالا می باشد.
7) P/Mامکان تولید رنج وسیعی از محصولات فلزی را فراهم می آورد؛ مواد متخلخل (فیلترها و یاتاقان های خود روغنکار) ، فلزات سخت (کاربید تنگستن) ، فلزات با نقطه ذوب بالا (فلزات دیرگداز) ، مواد کامپوزیتی، مواد آمورف…..
8) امکان تولید قطعاتی با خواص معادل و یا حتی برتر از محصولات مشابه تولید شده از طریق روش های معمول ریختگی و یا آهنگری [8]. به عنوان نمونه در شکل 1-2 برخی از خواص چرخ دنده تولید شده به روش متالورژی پودر با روش معمول تولید مقایسه شده است. همانطور که در شکل دیده می شود استفاده از فرآیند P/M به همراه یک عملیات تکمیلی، سخت کاری سطحی، امکان دسترسی به خواصی برتر از محصول مشابه تولیدی به روش آهنگری و سپس ماشینکاری3 را فراهم آورده است.
شکل 1-2- مقایسه برخی از خواص محصولات P/M با سایر روش های تولید [9]. بنا به دلایل ذکر شده افزایش روز افزون تقاضا برای محصولات متالورژی پودر سبب شده است که صنایع تولید قطعات P/M در شمال آمریکا که شامل شرکت های تولید قطعات معمولی متالورژی پودر و شرکت های تولید محصولات خاص P/M نظیر سوپر آلیاژها، تولیدات متخلخل، مواد اصطکاکی، ابزارهای برش کاربید تنگستنی و فولادهای ابزار می باشند، فروشی در حدود 5 بلیون دلار در سال داشته باشند. جدول 1-1 میزان رشد محموله های این صنایع را بعد از سال 1996 نشان می دهد [1].
جدول 1-1- میزان رشد محموله های صنایع تولید قطعات P/M در شمال آمریکا [1].
همانطور که مشهود است در طول سالهای 1992 تا 1994 بازار قطعات تولید شده توسط صنایع تولید قطعات P/M در شمال آمریکا، بزرگترین بازار از نوع خود در دنیا بوده و نرخ رشد 6/18 درصدی را نشان می دهد [1].
1-4- متالورژي پودر در صنعت خودروسازی
صنایع خودرو سازی در طی 70 سال گذشته، بیشترین میزان مصرف قطعات متالورژی پودر را به خود اختصاص داده اند. به عنوان نمونه همان طور که در شکل 1-3 نیز نشان داده شده است، می توان اشاره کرد که در اتومبیلهای سواری معمولی در ایالات متحده آمریکا بیش از 43 پوند از قطعات P/M مورد استفاده قرار گرفته است و انتظار می رود در چند سال آینده این میزان با افزایش چشمگیری روبرو شود [10].
شکل 1-3- میزان مصرف قطعات P/M در خودروهای آمریکایی [10].
تكنولوژي متالورژي پودر اين امكان را به وجود آورده است تا قطعات اتومبيل از جنس فولادهاي تف جوشي شده،‌ با هزينه تمام شده كمتر، حجم توليدي زياد، استفاده بهینه از مواد، صرف كمترين انرژي ممكن براي توليد و دقت ابعادي بسيار زياد توليد گردند.
با وجود تخلخل ذاتي در قطعات متالورژي پودر، اين قطعات نسبت به قطعات مشابه ريخته گري يا آهنگري شده سبك تر مي باشند و نهايتا منجر به كاهش وزن اتومبيل خواهند گرديد [11]. در كنار سوختهاي جايگزين به جاي سوختهاي فسيلي يكي از اهداف سازندگان خودرو كاهش مصرف اتومبيل ها تا حد سه ليتر براي صدكيلومتر است كه براي رسيدن به اين هدف كاهش وزن اتومبيل ها به موازات توسعه سيستم موتور و انتقال قدرت ضروري است. با استفاده از قطعات متالورژي پودر (قطعات فولادي تف جوشي شده) در كنار مواد سبكي مانند تيتانيم، منيزيم، آلومينيوم و پلاستيك هاي پيشرفته مي توان وزن خودروها را كاهش داده و در نهايت باعث كاهش مصرف سوخت خودروها گردید. با استفاده ازتكنولوژي متالورژي پودر، ميتوان به دانسيته هاي متفاوتي بسته به نيازهاي كاربردي قطعات دست يافت. بعلاوه، با بهينه‌سازي شرايط تف جوشي، مي توان بيشترين نسبت استحكام به وزن را در قطعات متالورژي پودر بدست آورد. تمامي اين فاكتورها، گوياي اين حقيقت هستند كه تكنولوژي فولادهاي تف جوشي شده نقش بسيار مهمي در كاهش وزن اتومبيلها دارد [12].
قطعات P/M در داخل خودرو دارای دو کاربرد اساسی هستند:
1) کاربردهای موتوری شامل قطعاتی نظیر: پولی ها و چرخ دنده های میل بادامک، میل لنگ، میل اسبک و … شکل1-4.
شکل 1-4- قطعات P/Mمورد کاربرد در موتور خودروها [12].
2) کاربردهای انتقال قدرت شامل قطعاتی نظیر: میل دنده های موجود در گیربکس های دستی شکل1-5، [12].
شکل 1-5- قطعات P/M مورد استفاده در موارد مربوط به انتقال قدرت [12].
از جمله قطعات دیگر مصرفی در خودرو که به روش متالورژی پودر تولید می شوند عبارتند از:
پيستونهاي کمک فنر، هادي ميله کمک فنر، قرقره دندانه دار، چرخ دنده هاي حلزوني کوچک، ميله اتصال پمپ انژکتور موتور ديزل، تکيه گاه اهرم کنترل انتقال قدرت در اتومبيل سواري، حلقه سنکرو نایز کننده در کاميون، نگهدارنده آئينه داخل اتومبيل، چرخ همزمان کننده، چرخ دنده هاي پمپ اتومبيل، مجموعه چرخ دنده، شاتون خودرو و…[13].
شكل 1-6- قفل كنندة مخروطي كاميون شركت اسكانيا كه با تكنيكهاي متالورژي پودر و آهنگري 4توليد شده [13].
شكل 1-7- يوكهاي انژكتور5 كاميون ولو توليد شده به روش فورج (سمت چپ) و متالورژي پودر
(سمت راست) [13].بنابراین صنایع خودروسازی ایران نیز با توجه به گسترش و نقش روز افزون محصولات پودری تمایل بسیاری برای جایگزینی رنج وسیعی از قطعات مصرفی خودرو های سواری داخلی که به روشهای معمول ریخته گری و یا شکل دهی تولید می شوند را، با محصولات مشابه P/M دارا هستند.
1-5- روش های ساخت قطعات متالورژی پودر
روش های ساخت قطعات متالورژی پودر را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد؛
1) روش های معمولی (پرس+ تف جوشی)
2) روش های حصول حداکثر چگالی
1-5-1- فرآیند های معمول (پرس+ تف جوشی)
این فرآیند مطابق با گام های نشان داده شده در شکل 1-8 انجام می شود [1].
شکل 1-8- فرآیند معمول (پرس+تف جوشی) [1].
در این روش پودر به گونه ای انتخاب می شود تا بتواند محدودیت ها و قید های فرآیند و همچنین نیازهای قطعه نهایی را برطرف سازد. برای مثال: در روش فشردن سرد از پودرهایی با شکل غیر یکنواخت استفاده می شود تا از حصول استحکام کافی و یکنواختی ساختاری در محصول پرس شده اطمینان حاصل شود. از آنجایی که پودر توسط ابزارهای شکل دهنده سخت و با استفاده از یک حرکت فشاری عمودی فشرده می شود، لذا شکل و ابعاد محصول با قید هایی نظیر گنجایش پرس، تراکم پذیری پودر و سطح چگالی مورد نیاز برای محصول نهایی محدود می شود. برای بسیاری از محصولات متالورژی پودر این محدودیت ها شامل؛ ابعاد قطعه (مساحت سطح متراکم شده) حداکثر cm2 160، ضخامت قطعه حداکثر mm75 و وزن قطعه حداکثر Kg 2/2 می باشد [1].
دو روش معمول فشردن پودر در فرآیندهای معمول (پرس + تف جوشی) به کار می رود:
1) فشردن سرد در داخل قالب های صلب
2) فشردن گرم
1-5-1-1- فشردن سرد در داخل قالب های صلب
این روش یکی از معمول ترین روش های فشردن پودر محسوب می شود. در این روش پودر به داخل قالب ریخته می شود و سپس پانچ بالایی که همان پانچ متحرک می باشد، بر روی پودر موجود در قالب فشار اعمال می کند. چگالی خام قابل حصول برای قطعات فشرده شده در این روش بین 75 تا 85 درصد حداکثر چگالی قابل حصول قطعات می باشد. در این روش چگالی خام قابل حصول با فشار اعمالی توسط پرس ارتباط نمایی دارد، به گونه ای که در میزان چگالی های پایین، افزایش محدود در بار اعمالی توسط پرس افزایش شدیدی در چگالی را سبب می شود در صورتیکه در سطوح چگالی بالاتر، برای افزایش جزئی در سطوح چگالی افزایش زیاد بار اعمالی مورد نیاز است. در این روش میزان فشار فشردن مورد نیاز برای دستیابی به یک سطح چگالی مطلوب تابعی است از عوامل زیر [1]:
1) شکل پودر (اسفنجی شکل، فلسی شکل، اتمیزه آبی و …)،
2) چگونگی ابعاد ذرات پودر و توزیع ابعادی آنها،
3) شیمی ذرات پودر (پودر از پیش آلیاژ شده، مخلوطی از پودرها)،
4) روش روانسازی مورد استفاده.
برای پودرهای فولادی، دستیابی به چگالی در حدود 80 تا 85 درصد حداکثر چگالی قابل حصول، مستلزم اعمال فشاری در حدود 400 مگاپاسکال می باشد. فشردن سرد پودر در داخل قالب های صلب دارای مزایا و معایب زیر می باشد [1].
مزایا:
1) کنترل ابعادی مطلوب به دلیل صلبیت محفظه قالب،
2) امکان اعمال فشارهای بالا به واسطه ی امکان استفاده از پرس های هیدرولیک و مکانیکی قوی،
3) تکرار پذیری فرآیند به دلیل مکانیزه بودن آن،
4) نرخ بالای تولید [1].
معایب:
1) محدودیت ابعادی قطعه به واسطه محدودیت در گنجایش پرس،
2) محدودیت ارتفاع به قطر قطعه به واسطه اصطکاک دیواره قالب،
3) امکان ترک برداشتن توده متراکم پودر در حین خروج از قالب [1].
1-5-1-2- فشردن گرم مخلوط پودری
روش فشردن گرم پودرهای آهنی به عنوان یک پیشرفت جدید در تولید قطعات متالورژی پودر می باشد که اخیرا مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش پودر و ابزار فشردن در حین مرحله فشرده سازی از درجه حرارتی بین 130 تا 150 درجه سانتیگراد دارا می باشند. در این روش یک ماده نرم کننده به پودر افزوده می شود، اعمال درجه حرارت متوسط (130تا150) موجب ذوب شدن ماده مذکور گشته و لذا باعث کاهش اصطکاک در سیستم خواهد شد. اصطکاک در این حالت شامل اصطکاک بین ذرات پودر و بین ذرات پودر با دیواره صلب قالب می باشد. معمولاً در این روش برای بهبود عملکرد سیستم از یک سری چسب های پلیمری استفاده می شود. هدف از بکارگیری این چسب های پلیمری کمک به تشکیل پیوند بین ذرات پودر می باشد، که جدایش را محدود کرده و خاصیت سیلان پذیری مناسبی را به مخلوط پودری می دهند. معمولا در این نوع از سیستم های فشردن پودر )فشردن گرم)، سیستم روانسازی خاص ایجاد می شود که بتواند در مقابل درجه حرارت بالای قالب مقاومت کند. از جمله این روانسازها می توان به (استئارات لیتیم، تفلون و …) اشاره کرد [1].
در این روش کنترل دمایی بسیار دقیقی باید روی سیستم اعمال شود، چرا که یکنواختی محصول می تواند به واسطه حرارت دهی بیش از حد به ماده پلیمری تضعیف شود. با استفاده از این روش امکان دستیابی به چگالی خام در حدود 92 درصد حداکثر چگالی قابل حصول، فراهم می باشد. در واقع با استفاده از این تکنیک چگالی خام قطعات حاصله نسبت به سایر روش های فشردن که در دمای اتاق انجام می شوند به میزان (15/0 تا 25/0) افزایش یافته است. فشار فشردن محصول برای فولادها در این تکنیک در حدود700 مگاپاسکال می باشد. در واقع مزیت اصلی این روش کاهش فشار مورد نیاز برای حصول چگالی بالاتر از (7) برای توده های آهنی متالورژی پودر می باشد [1].
استفاده از این تکنیک معمولاً موجب افزایش استحکام خام به میزان 50 تا 100 درصد می شود. ازدیاد استحکام خام مزایایی نظیر؛ امکان تولید توده های خام پودر با احتمال ترک برداشتن کمتر قبل از تف جوشی و در حین حمل نیز امکان ماشینکاری قطعات P/M در حالت خام را به همراه دارد.
بعد از عملیات متراکم سازی پودر، توده خام در داخل کوره با اتمسفر کنترل شده تحت فرآیند تف جوشی قرار می گیرد. تلورانس ابعادی قطعات در حین فرآیند تف جوشی به دلیل درجه حرارت بالای سیکل تف جوشی و تغییرات متالورژیکی که در حین این سیکل رخ می دهد، بایستی به دقت کنترل شود. اگر مکانیزم اصلی فرآیند تف جوشی نفوذ در حالت جامد باشد، چگالش خیلی محدود رخ داده، تغییرات ابعادی حداقل مقدار خود را خواهند داشت و کنترل تلورانس ابعادی به خوبی انجام می شود. مکانیزم نفوذ در حالت جامد برای بسیاری از قطعات فولادی P/M که تغییرات ابعادی در حین فرآیند تف جوشی در آنها حین فرآیند تف جوشی بایستی کمتر از 3 درصد باشد، به عنوان مکانیزم اصلی و حاکم به شمار می رود [1].
در مقابل، در سیستم های آلیاژی تشکیل فاز مایع در حین فرآیند تف جوشی به عنوان مکانیزم حاکم بر چگالش قطعات عمل می کند. این مکانیزم سبب افزایش شدید در نرخ چگالش، تغییرات ابعادی زیاد و کنترل کمتر روی تلورانس ابعادی محصول خواهد شد. مرحله تف جوشی علاوه بر تاثیری که بر کنترل تلورانس ابعادی قطعات دارد، نقش بسیار مهمی را در تعیین خواص مکانیکی و فیزیکی نهایی قطعات ایفا می کند. افزایش درجه حرارت فرآیند تف جوشی و زمان آن می تواند موجب تسهیل در گرد شدن تخلخل ها و افزایش چگالی قطعات و لذا بهبود خواص مکانیکی نظیر؛ استحکام کششی، انعطاف پذیری، مقاومت به ضربه و حد خستگی شود [1].
در اين روش با فشردن و تف جوشي در يك مرحله رسيدن به چگالي معادل قطعات توليدي به روش دو بار پرس/ دو بار تف جوشی شده ممكن گرديده است [14].

شكل 1-9- شماتيكي از سيستم فشردن گرم [14].

1-5-2- فرآیند های حصول حداکثر چگالی
نوع دوم از فرآیندهای متالورژی پودر به صورت خاص جهت دستیابی به محصول با چگالی هرچه نزدیکتر به چگالی کامل طراحی شده اند. فرآیندهای P/M جهت دستیابی به چگالی کامل شامل: آهنگری پودر، تزریق پودر فلزی داخل قالب، پرس ایزواستاتیک سرد، پرس ایزواستاتیک داغ، نورد پودر، اکستروژن، پرس داغ، فلز خورانی، تف جوشی در حضور فاز مایع، فشردن با سرعت بالا و دو بار پرس/ دو بار تف جوشی می باشد [1].
1-5-2-1- آهنگری پودر
در فرآیند P/F 6 قطعه اولیه در ابتدا توسط فرآیندهای معمول P/M تولید شده و سپس، برای اینکه بتوان تغییر شکل کافی را در قطعه ایجاد کرد، قطعه مذکور به صورت داغ در داخل یک قالب محدود تغییر فرم داده می شود. بدین ترتیب تقریباً تمام تخلخل ها محدود شده و از بین می روند. به دلیل هزینه بالای نگهداری تجهیزات فورج و طراحی یک سیستم اتوماتیک برای فرآیند P/F، استفاده از این تکنیک برای محصولاتی با نرخ تولید بالا تا حدی محدود می باشد. فرآیند P/F توانسته است خواص مکانیکی برتری را نسبت به فرآیندهایی نظیر، ریخته گری، در قطعات فولادی فراهم آورد [1].
جدول 1-2- خواص مکانیکی قطعات P/M حاصل از فرآیند آهنگری پودر [1].
این فرآیند توانسته است به صورت موفقیت آمیزی بر خواص مکانیکی محدود شده قطعات معمول P/M به دلیل حضور تخلخل های باقیمانده در داخل محصول غلبه کند. فلوچارت مربوط به این فرآیند در شکل 1-10 آورده شده است [1].
شکل 1-10- فلوچارت مربوط به فرآیند آهنگری پودر [1].
1-5-2-2- تزریق پودر داخل قالب
شکل1-11- شماتیک فرآیند تزریق پودر داخل قالب [1].
همان طور که در شکل 1-11 نیز مشاهده می شود، در این فرآیند مخلوط یکنواختی از پودر فلزی به همراه چسب به داخل قالب مورد نظر تزریق می شود. پودرهای مورد استفاده در این تکنیک معمولا کروی شکل بوده و از نظر ابعادی نسبت به پودرهای مورد استفاده در روش های معمول فشردن در قالب خیلی ریزتر می باشند (ابعاد پودر مورد استفاده در این روش در حدود 20-10 بوده در حالیکه در روش های معمول ابعاد پودر حدودا 150-50 می باشد). در این روش از چسب های خاص در مخلوط پودری استفاده می شود تا بتوان خواص سیلان پذیری مناسب برای پودر در حین تزریق به داخل قالب و همچنین سهولت در امکان خروج توده متراکم از داخل قالب را فراهم نمود. به محض خروج قطعه متراکم از داخل قالب، مواد چسبی موجود در آن از طریق حلال ها و یا فرآیندهای حرارتی و یا هر دو خارج می شود. بعد از این مرحله قطعه تحت فرآیند تف جوشی قرار می گیرد. به دلیل میزان بالای چسب در مخلوط پودر اولیه (بالاتر از 40 درصد حجمی)، قطعات حاصل از MIM 7 بعد از فرآیند تف جوشی کاهش ابعادی شدیدی را خواهند داشت (20 درصد انقباض خطی). به همین علت کنترل تلورانس ابعادی، در روش MIM به خوبی روش فشردن معمول داخل قالب و تف جوشی نبوده و محصولات این تکنیک نیازمند یک مرحله سایزینگ بعد از فرآیند تف جوشی می باشند [1].
1-5-2-3- پرس ایزواستاتیک
به کمک پرس ایزواستاتیک امکان حصول قطعاتی با چگالی یکنواخت تر نسبت به روش فشردن تک محوری در قالب های صلب وجود دارد. در این تکنیک استفاده از قالب های انعطاف پذیر که اعمال فشار را در تمام جهات سبب می شوند، موجب کاهش اصطکاک و همچنین فشار آوردن به توده پودر خواهد شد [1].
1-5-2-3-1- پرس ایزواستاتیک سرد
در این روش از یک غشاء انعطاف پذیر به عنوان قالب استفاده می شود. مواد معمولی که برای قالب به کار برده می شوند عبارتند از: لاتکس، پلی وینیل کلراید و سایر ترکیبات الاستومتریک. در این روش اثر اصطکاک به حداقل مقدار خود رسیده و همچنین اعمال فشار به صورت یکنواخت به اطراف قالب، سبب می شود که در این تکنیک هیچگونه محدودیت ابعادی برای قطعه حاصل وجود نداشته باشد.
شكل 1-12- پرس ايزواستاتيك سرد [15].
در مقایسه با تکنیک فشردن داخل قالب صلب، روش CIP8 می تواند به دلیل به حداقل رساندن اثر اصطکاک چگالی یکنواخت تری را در قطعه حاصل نماید. تجهیزات فرآیند CIP می تواند مکانیزه باشد، اما نرخ تولید به کمک این روش همواره کمتر از روش های معمول فشردن و تف جوشی می باشد. در این تکنیک کنترل ابعادی قطعات P/M نیز به واسطه استفاده از قالب های انعطاف پذیر از دقت چندانی برخوردار نیست [1].
1-5-2-3-2- پرس ایزواستاتیک داغ
هدف از این تکنیک حصول قطعاتی با شکلی نزدیک به شکل نهایی و حداکثر چگالی قابل دستیابی می باشد. این تکنیک تقریباً به عنوان تنها فرآیند تولید قطعات با شکلی نزدیک به شکل نهایی در نظر گرفته می شود. پودری که در فرآیند HIP 9 مورد استفاده قرار می گیرد، معمولا کروی شکل و خیلی تیز بوده و از خلوص بالایی نیز برخوردار است. پودرهای مذکور در داخل محفظه ی مخصوص ویبریه شده و سپس درب محفظه پوشانده می شود. این محفظه داخل ابزار HIP قرار داده شده و فشار ایزواستاتیک (با استفاده از محیط گازی) به همراه حرارت، روی محفظه و توده پودر اعمال می شود. محفظه های مورد استفاده در این تکنیک از جنس ورق های فولادی کم کربن، ورق های فولادی زنگ نزن، شیشه و حتی سرامیک می باشند. فشار در این روش معمولاً توسط یک گاز خنثی نظیر آرگون با رنجی مابین 100 تا 300 مگاپاسکال بر محفظه اعمال می شود. درجه حرارت سیستم به نوع پودر مصرفی وابسته می باشد، اما ابزار آلات معمول مورد استفاده می توانند درجه حرارتی بین 1000 تا 1200 درجه سانتیگراد را به قطعات اعمال کنند. ترکیب فشار و درجه حرارت روی محفظه، پودر را متراکم می کند و آن را به شکل نهایی قطعه موردنظر در می آورد. بعد از اتمام سیکل بالا جهت تمیز کردن محفظه از قطعه نهایی از ماشین کاری و یا اچ شیمیایی استفاده می شود [1].
شكل 1-13- شمایی از پرس ايزواستاتيك داغ [15].
با استفاده از این تکنیک چگالی بالاتر از 98 درصد چگالی کامل قطعات قابل حصول می باشد. رسیدن به حداکثر چگالی قابل حصول به کمک HIP با دقت در هنگام پر کردن محفظه از پودر، تعیین دقیق زمان، دما و فشار فرآیند، امکان پذیر می باشد.
کرویت پودر مصرفی در این روش می تواند به پر شدن محفظه و انتقال آن و تیزی سطح ذرات پودر نیز می تواند به پیوند خوردن ذرات پودر کمک کرده و آن را تسهیل کند. لذا دقت در انتقال پودر مصرفی و جلوگیری از جذب ناخالصی ها توسط پودر از معیارهای اساسی جهت موفقیت روش HIP به شمار می رود.
اگرچه روش HIP، از تکنیک های مطرح جهت حصول حداکثر چگالی در قطعات P/M به شمار می رود؛ اما با این حال به سبب نرخ تولید بسیار پایین، تجهیزات گران قیمت، احتیاجات ابزاری خاص و … فرآیند HIP را معمولا برای تولید مواد گران قیمت نظیر؛ فولادهای ابزار، سوپر آلیاژها، قطعات تیتانیومی و … به کار می برند. این روش در مقایسه با تکنیک پرس داغ که تنها قابلیت تولید شمش های فلزی را داراست، به واسطه امکان تولید قطعات با اشکال پیچیده تر، برتری دارد. در شکل 1-14 توانایی روش HIP با دیگر تکنیک های فشردن پودر مقایسه می شود [1].
شکل 1-14- مقایسه خواص قطعات P/M حاصل از فرآیند های CIP، HIP،P/S [1].
1-5-2-4- نورد پودر
تراکم به روش نورد، مربوط به تراکم پیوسته ی پودر های فلزی توسط دستگاه نورد می باشد. در این فرآیند پودر های فلزی از یک قیف به گروهی از غلتک ها شارژ می شوند و این غلتک ها هستندکه موجب تولید ورق ها و یا کلاف های خام ( تف جوشی نشده ) می شوند [1].
این مواد تحت فرآیند های اضافی توسط تف جوشی و نورد مجدد در جهت تولید یک محصول نهایی با خواص مطلوب تر قرار می گیرند. محصولات به دست آمده از این روش می توانند به صورت کاملا چگال و یا با مقداری تخلخل تولید شوند [1].
مشخصات ایده آل پودر برای تراکم به روش نورد با مشخصات پودرهای مورد استفاده در روش تراکم توسط قالب قابل مقایسه می باشند؛ نرمی و نا منظم بودن شکل ذرات پودر موجب بهتر شدن استحکام خام می شود. پودر های فلزی که برای تراکم توسط نورد مناسب می باشند شامل پودر های عنصری، ترکیبی از پودرهای عنصری با پودرهای آلیاژِی و عنصری که در حین تف جوشی همگن می شوند، مخلوطی از افزودنی هایی که شامل مواد غیر واکنش دهنده می باشند و نمی توانند توسط روش ذوب و ریخته گری استاندارد تولید شوند، می باشند. کلاف های تولید شده توسط نورد پودرها، متعا قبا قطعاتی را تولید می کنند که تمیز هستند و در داخل کویل کاملا یکنواخت بوده و دانه های ریز دارند [1].
1-5-2-4-1- مراحل تولید – شرایط نورد
نوع و شرایط نورد توسط نوع سیستمی که برای تولید کلاف نهایی مطلوب انتخاب می شود، تغییر می کند. غلتکها می توانند به صورت عمودی ( در دستگاههای نورد سنتی ) ، افقی یا تحت زاویه ی مایل باشند، شکل 1-15، [1].
شکل 1-15- موقعیت های معمول فرآیند متراکم سازی از طریق نورد(a)و(b)موقعیت افقی.(c) موقعیت عمودی. (d)موقعیت تحت زاویه [1].
انتخاب شرایط نورد توسط فاکتورهای فراوانی تعیین می شود: خواص ماده، مقدار کلاف تولیدی، محصول نهایی مطلوب و تجهیزات ساختاری خاص.
نورد به صورت افقی ( شکل a – 1-15 ) که از تغذیه با نیروی جاذبه استفاده می کند بیشترین انعطاف پذری در کنترل تغذیه پودر را دارد. تحت چنین شرایطی یک دستگاه سنتی می تواند برای نورد پودر استفاده شود. نورد تحت شرایط عمودی ( شکل c – 1-15 ) نیز به یک کوره زینتر خیلی بلند نیاز دارد و کلاف خام باید برای ورود به کوره ی سنتی چرخیده شود. نورد با زاویه ی متمایل، توازنی بین شرایط نورد عمودی و افقی ایجاد می کند [1].
1-5-2-4-2- شارژ پودر
اولین مرحله در فرآیند تراکم، به روش نورد، شارژ پودر به درون غلتک ها می باشد. کلاف خام بایستی دارای چگالی یکنواخت در نواحی مختلف باشد؛ در غیر این صورت، ممکن است در طی فرآیند با مشکلات زیادی روبرو شویم.
دو روش شارژ پودر به درون غلتک ها در شکل 1-16 نشان داده شده است. پودر توسط یک تسمه یا یک تغذیه کننده ی لرزان از یک مخزن ذخیره به درون قیف شارژ می شود. در طی تغذیه ی اشباع شده ( شکل a -1-16 ) ، پودر مستقیماً از قیف به درون فضای خالی بین غلتکها شارژ می شود. وجود تغییرات در فشار موجود بر روی غلطک ها، بر روی تغذیه ی پودر تاثیر می گذارد. این تغییرات موجب تغییر چگالی در طول کلاف می شود. در حالت غیر اشباع، سیستم تغذیه ( شکل b -1-16 ) ، مقدار پودر شارژ شده به درون فاصله ی بین غلتک ها توسط دریچه های قابل تنظیم کنترل می شود. همچنین دریچه های قابل تنظیم را می توان برای تغذیه ی اشباع شده نیز استفاده کرد [1].
شکل 1-16- روش های تغذیه پودر .(a) تغذیه اشباع شده. (b) تغذیه اشباع نشده [1].
شکل 1-17 يک نوع تغذيه کننده ی پودر را نشان می دهد. امروزه، کلا فهای حاصل از پودر متراکم شده توسط نورد می توانند بوسيله ی هر دو روش تغذيه ی اشباع شده و اشباع نشده تا پهنای cm 53 و ضخامت 5/2 تا mm 2/3 توليد شوند [1].
شکل 1-17- نوعی خاص از آرایش تغذیه ها [1].
1-5-2-4-3- کنترل لبه
کلاف خام نورد شده بهتر است دارای ضخامت و چگالی یکنواخت در طول و پهنا باشد. لبه های آن بايد به خوبی شکل داده شده و چگالی برابر با چگالی مرکز کلاف داشته باشند. بدون کنترل لبه، پودر از فاصله ی بين غلتک ها فرار کرده و متعاقبا يک کلاف با لبه های کم دانسيته توليد می شود که مستلزم تراشيدن لبه پس از نورد مجدد کلاف می باشد [1].
شکل های 1-18 و 1-19 روش های حفظ و نگهداری پودر در بين غلتک ها را نشان می دهد.
شکل 1-18- روش های کنترل تغذیه پودر [1].
شکل 1-19- دستگاه محدود کردن لبه ها [1].
1-5-2-4-4- قطر غلتک
در نورد پودر، ضخامت کلاف توسط قطر غلتک مورد استفاده، تعيين می شود. قطر غلتک از mm 7/12 (in 5/0) تا mm920 (in 36) تغيير می کند. شکل 1-20 تاثير قطر غلتک را نشان می دهد. زاويه ی گاز گيری در نورد سنتی فلز مشابه با نورد پودر می باشد (تقريبا 7-8 درجه) [1].
شکل 1-20- تاثیر فطر غلتک نورد [1].
1-5-2-4-5- عملیات تمام کاری
کلاف خام یکنواخت که توسط دستگاه متراکم کننده تولید می شود، باید قبل از عملیات چگالش کامل، تف جوشی شود. چگالی خام حاصل به کمک این روش معمولا بین 75 تا 90 درصد چگالی تئوری است. چگالی بالاتر موجب سخت تر و شکننده تر شدن کلاف خام می شود، در حالی که چگالی پایین نیز موجب تولید کلاف ضعیف تر می شود که جابه جا کردن آن دشوار می باشد [1].
شکل 1-21 دو روش جابه جا کردن کلاف، هنگامی که عملیات چگالش توسط نورد سردانجام می شود را نشان می دهد. در شکل (a 1-21) ورق خام به صورت کلاف در آورده شده و سپس درون کوره ی زنگی شکل تف جوشی می شود. در شکل (b 1-21) ورق از درون کوره ی تف جوشی عبور می کند و سپس به صورت کلاف در می آید و اگر نیاز باشد، عملیات تف جوشی اضافی و مراحل نورد مجدد به صورت مشابه انجام خواهد گرفت. در شکل 1-22 ورق از دستگاه متراکم کننده به درون کوره ی تف جوشی وارد می شود و در حالی که هنوز گرم است عبور می کند. ورق نورد گرم می شود تا به چگالی کامل برسد. سپس ورق قبل از خروج از کوره سرد شده و نهایتا به صورت کلاف پیچیده می شود [1].
شکل 1-21- فرآیند نورد پودر(a) تسمه خام نورد سرد شده به صورت کویل در آمده و سپس در کوره زنگی تف جوشی می شود(b)تسمه نورد سرد شده بعد از تف جوشی در یک کویل مجزا قرقره می شود [1].
شکل 1-22- فرآیند نورد پودر.آرایش افقی از غلتک ها ، تف جوشی، نورد گرم، خنک کردن، قرقره کردن تسمه [1].
1-5-2-5- اکستروژن پودر فلزات
اكستروژن پودر روشي براي بدست آوردن شكل يا حالت مفيدي است كه نمي‌توان آنرا براحتي با ابزار ديگر بدست آورد. اين روش براي ساخت لوله‌هاي بدون شيار، سيم ‌ها و بخشهاي مركب و پيچيده‌اي بكار مي‌رود كه ساخت آن ها با ديگر روش ها مشكل و يا غير ممكن است. كارهاي اوليه در اكستروژن پودرهاي فلزي در اواخر دهه 1950 براي ايجاد انعطاف‌پذيري كنترل شده در بريلييوم، پراکندگی سوختهاي هسته‌اي و مواد ميلة كنترل و آلومينيوم استحکام یافته از طریق پراکندگی ذرات انجام گرفت [1].
اكستروژن پودرهاي فلزي، بدلايل بسياري موقعيت ويژه‌اي را در تكنولوژي اكستروژن به خود اختصاص داده است كه اين دلايل عبارتند از [1]:
• قابليت ايجاد حالات بوسيله اكستروژن از موادي كه قالبگيري و كار با آنها دشوار يا غير ممكن است.
• ويژگيها و عملكرد پيشرفته بخاطر ظرافت ميكرو ساختاري و كاهش جدایش كه از فرآيند پودرسازي ناشي مي‌شود.
• پراکندگی يك نمونه در نمونه ی ديگر از اكستروژن مخلوطهاي پودري.
• توانايي ايجاد ساختارهاي اكستروژن شده از پودر بدون نياز به تغييرات دمايي.
• كاهش فشارهاي اكستروژن و افزايش دامنه دمايي و سرعت فشردن نسبت به اكستروژن شمش فلزات.
دو نوع مكانيزم اصلي براي اكستروژن وجود دارد كه در شكل 1-23 نشان داده مي‌شود. الف) مستقيم و ب) غير مستقيم يا معكوسي.
شکل 1-23- روش های اصلی اکستروژن، (a) اکستروژن مستقیم، (b) اکستروژن غیر مستقیم [1].
در اكستروژن مستقيم، ميلة اكستروژن قطعه را از ميان حديده به طرف جلو رانده و باعث كاهش سطح مقطع قطعه مي‌شود. برعكس، در اكستروژن غير مستقيم، قطعه در ظرف نسبتا ثابت مي‌ماند و هيچ سايشي بين قطعه و ظرف وجود ندارد. هر دو روش را مي‌توان براي اكستروژن پودرهاي فلزي بكار بست، گرچه اكستروژن مستقيم كاربرد زيادتري دارد [1].
سه روش اصلي اكستروژن پودرهای فلزی در شكل 1-24 نشان داده شده است. در حالت اول كه ماده اصلي بصورت شل و آزاد داخل ظرف اكستروژن ریخته مي‌شود، اندازه ذرات معمولاً بزرگتر است. اين روش براي اكستروژن گلوله های آلياژ منيزيم بكار مي‌رود (اندازه ذرات 70 تا 450). ظرف داغ را براي باركردن گلوله فلز فراهم مي‌كند و اكستروژن بدون هيچ اتمسفر محافظت شده ای در برابر هوا انجام مي‌شود [1].
شکل 1-24- روش های اکستروژن داغ برای پودرهای فلزی [1].
روش دوم كه در شكل 1-24 نشان داده شد، اشاره به استفاده از شمش فشرده بعنوان قطعه اكستروژن دارد. از قبل فشردن مفيد است چون حالت قطعه‌اي كه مي‌توان آنرا به آساني بكار برد، ايجاد مي‌شود، و شكلي بدست مي‌دهد كه استفاده و كنترل آن در محيط توليد نسبت به پودرشل بسيار آسانتر است. و همچنین دانسیته فشردگی پودر شل در مقایسه با قطعه کار پایین است.
روش پيچيده‌تر براي بدست آوردن شمش پودري موردي است كه در قسمت سوم شكل 1-24 نشان داده شده و بطور مشروح همراه با جزئيات در شكل 1-25 ارائه مي‌شود. دراین مورد پودر ابتدا تا اندازه‌اي بطور مستقيم در ظرف فلزي فشرده مي‌شود [1].
اين ظرف را بعدا مي‌توان خالي كرده و درزگري و محكم كرد. ريختن مواد در ظرف فلزي به دلايل زير انجام مي‌شود [1]:
• جداسازي ماده اصلي از هوا و روغن هاي اكستروژن (روش اكستروژن تميز).
• جداسازي مواد سمي مثل بريليوم و اورانيوم بمنظور ايمني كار ساخت.
• در كپسول قراردادن پودرهاي كروي و پودرهايي كه فشرده‌سازي آنها دشوار است بمنظور ايجاد شكل شمش.
• بهبود روغن‌كاري بيشتر و سیلان بيشتر فلز در سطح مياني قالب بوسيله انتخاب مناسب ماده ظرف فلزي.
• جداسازي یا ایزوله کردن ماده اصلي از قالب اكستروژن و ناحية بالاترين بخش برش كه نكته مهمي در مورد موادي با انعطاف‌پذيري [چكش خواري] محدود است.
• توانايي قراردادن پودر عناصر جامد درون ظرف فلزي براي توليد حالتهاي پيچيده و منحصر بفرد.
شکل 1-25- فشرده سازی پودر فلزات در محفظه فلزی [1].
1-5-2-6- پرس داغ
با این تکنیک از طریق اعمال فشار روی پودرهای فلزی در داخل قالب های حرارت داده شده، امکان تولید شمش های فلزی بزرگ وجود دارد. استفاده از درجه حرارت های بالا و ازدیاد زمان فرآیند این امکان را فراهم می آورد که به قطعاتی با چگالی در حدود 95 درصد چگالی کامل دست یابیم. برای رسیدن به چنین سطوحی از چگالی در روش فشردن سرد، بایستی فشاری به میزان 2 تا 3 برابر به توده پودر اعمال کرد. دستیابی به چگالی کامل معمولا غیر ممکن است. همواره در حدود 3 تا 5 درصد تخلخل در داخل شمش فلزی باقی می ماند. حضور این تخلخل ها تا حدودی استفاده از شمش های فلزی پرس داغ شده را به دلیل تضعیف خواص مکانیکی آنها محدود می کند. به همین دلیل شمش های فلزی پرس داغ شده را اغلب به عنوان ماده اولیه برای فورجینگ یا دیگر فرآیندهای تغییر شکل مورد استفاده قرار می دهند تا به کمک این فرآیندها تخلخل های باقیمانده را نیز حذف کنند. شماتیکی از این روش در شکل 1-26 آورده شده است [1].
شکل 1-26- شماتیکی از فرآیند پرس داغ [1].
در این روش پودر در دمای بالاتر از دمای تبلور مجدد تحت فشار قرار می گیرد. در دماهای بالاتر فلزات نرمتر بوده و می توان آنها را تا چگالی های بسیار بالا فشرده کرد. چرا که در دمای بالاتر اثر کارسختی از بین می رود. با وجود این به علت دمای بالا امکان اکسید شدن پودرها وجود دارد و لازم است از هنگام شروع به گرمایش تا فشردن و بعد تا سرد شدن نهایی کنترل اتمسفر به دقت صورت گیرد. این موضوع به همراه هزینه بسیار بالا و نیاز به قالب های ویژه مقاوم در دمای بالا و همچنین آهنگ تولید بسیار پایین سبب محدودیت در استفاده از این روش می شود.
فشار به طور استاتیکی یا دینامیکی به پودر گرم شده در یک یا دو جهت مقابل در طول یک محور از همه جوانب اعمال می شود. یک اتمسفر کنترل شده برای محافظت از پودرهای گرم شده از اکسیداسیون یا نیتریداسیون بوسیله هوا لازم است [1].
سه عامل موثر در این فرآیند عبارتند از دما، تنش و کرنش. به طور کلی فرآیندهای حصول حداکثر چگالی در دمای کمتر از نصف دمای ذوب مطلق تاثیر گذار نبوده و استفاده از دماهایی در محدوده 70 تا 85 درصد دمای ذوب می باشند که شرایط بهینه را سبب می شوند [1].
با وجود این که پرس داغ محصولاتی با کیفیت بالا تولید می کند، استفاده از آن از نظر اقتصادی برای فولاد، برنج و فلزات معمول امکان پذیر نیست.
مشکلات این روش به صورت زیر دسته بندی می شود :
• نرخ تولید کم،
• بارگذاری قالب به صورت داغ،
• جوش پودرهای فشرده شده به دیواره های فلزی قالب،
• فرسایش ابزار،
• نیاز به اتمسفر محافظت کننده [1].
1-5-2-7- فلز خورانی
در جریان فرآیند تراوش، جرم فلزی به صورت مایع در داخل تخلخل های یک توده متراکم فاز جامد نفوذ می کند. این فرآیند مشابه تف جوشی فاز مایع می باشد که در آن یکی از اجزای پودری تشکیل دهنده توده متراکم ذوب شده و در سراسر توده توزیع می شود. تمامی حفرات از طریق انقباض و آرایش مجدد ذرات پر می شوند. در جریان فرآیند تراوش، مذاب به صورت بیرونی با جامد متخلخل در تماس می باشد و این نیرو های موئینگی هستند که مذاب را به داخل جامد متخلخل می کشند [1].
نیروی محرکه فرآیند تراوش کاهش در انرژی آزاد سطحی سیستم می باشد. فرآیند تراوش در یک سیستم فاز جامد- مایع با انرژی آزاد سطحی مناسب جهت دستیابی به چگالی بالا بدون استفاده از فشار فشردن بالا، عملیات فشردن مجدد، آهنگری پودر، نورد، اکستروژن و یا پرس داغ ؛ مورد استفاده قرار می گیرد [1].
1-5-2-7-1- ملزومات روش
• کوره ای که در این فرآیند مورد استفاده قرار می گیرد باید به گونه ای باشد که از نظر زمانی و دمایی این امکان را فراهم نماید تا هر کدام از مراحل تراوش و نفوذ جرم مذاب به داخل سیستم متخلخل و واکنش بین مذاب و بدنه اصلی قطعه بعد از پر شدن تخلخل ها به درستی تکمیل شود.
• توزیع اندازه ذرات پودر مورد استفاده و همچنین فشار فشردن بایستی به گونه ای باشد که تعداد زیادی از تخلخل های به هم پیوسته ایجاد شوند تا مسیری آزاد برای نفوذ مذاب بین آن ها وجود داشته باشد [1].
1-5-2-7-2- تکنیک های مورد استفاده در این روش
1-5-2-7-2-1- فلز خورانی از طریق (موئینگی-غوطه ور شدن)
در ابتدا قسمتی از بدنه اصلی قطعه در داخل حمام فلز مذاب غوطه ور می شود (شکل 1-27) .
شکل 1-27- روش فلز خورانی از طریق (موئینگی-غوطه ور شدن) [1].
مذاب از طریق نیروهای موئینگی به داخل قطعه کشیده می شود و در قطعه بالا می رود. در همین حین حجم گاز موجود در داخل تخلخل ها به بیرون رانده می شود. ممکن است حجم مذاب دقیقا برای پر کردن حجم قابل دسترس تخلخل های موجود داخل توده جامد اندازه گیری شده باشد [1].
1-5-2-7-2-2- فلز خورانی از طریق غوطه وری کامل
کل بدنه قطعه در داخل حمام مذاب فرو برده می شود، و نفوذ از تمامی وجوه به سمت قسمت داخلی قطعه انجام می شود (شکل1-28) . لذا حجم گاز می تواند تنها از طریق پخش شدن داخل مذاب از تخلخل ها خارج شود. برای جلوگیری از محصور شدن گاز در داخل حفرات غوطه ور سازی بدنه اصلی قطعه می بایست بسیار آهسته و یا در چند مرحله انجام شود. ممکن است به کمک یک حمام که قابلیت چرخش و واژگون شدن را داشته باشد بتوان مذاب را از یک وجه بر روی بدنه متخلخل قطعه ریخت. در این روش به کار بردن خلا می تواند گاز زدایی از



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید