متالورژی پودر چیست؟
متالورژی پودر که به اختصار با علامت PM نشان داده می شود یک فرآیند تولیدی است که با فشار دادن فلزات و آلیاژهای پودری در قالبی سفت و سخت تحت فشار شدید، قطعات بسیار دقیقی تولید میکنند. با توسعه و اجرای پیشرفت های تکنولوژیکی، متالورژی پودر به فرآیند ضروری برای تولید بوشینگ ها، بلبرینگ ها، چرخ دنده ها و مجموعه ای از قطعات ساختاری تبدیل شده است.
کلید دقت و موفقیت متالورژی پودر، فرآیند تف جوشی است که قطعات را گرم می کند و آنها را تحت فشار قرار می دهد تا ذرات پودر به هم بچسبند. دما در تف جوشی کمی کمتر از نقطه ذوب فلز اولیه است به طوری که پیوندهای ذرات پودر شده به یکدیگر متصل می شوند.
تفاوت متالورژی و متالوژی در چیست؟
ممکن است برای شما پیش آمده باشد که در مورد تفاوت متالورژی و متالوژی در ذهنتان سوالی بوجود آمده باشد. در واقع بهتر است بگوئیم که کدام صحیح است؟ متالورژی یا متالورژی؟ شاید هنوز هم برخی مهندسین مواد فرق بین این دو را به خوبی ندانند اما بهرحال جالب است که بدانید واژه متالوژی از ترکیب متال + لوژی می آید و با توجه به اینکه معنای لوژی یعنی شناختن، میتوان گفت که متالوژی یعنی شناختن فلز. مانند کلمات دیگری مثل فیزیولوژی، رادیولوژی و …
اما شاید با خود گمان کنید که آیا واژه متالورژی اشتباه است؟ یعنی پسوند لورژی چه معنایی میدهد؟
در پاسخ باید گفت که متالورژی به معنای شناخت فلز نیست، بلکه به معنای کار با فلز است. در واقع متالورژی از ترکیب دو کلمه یونانی متالون و ارگون آمده است. متالون (metallon) به معنای فلزات و ارگون (ergon) به معنای کار میباشد. پس در واقع مهندسین متالورژی علاوه بر یادگیری و شناخت دنیای فلزات، در مورد نحوه کار با فلزات نیز آموزش میبینند و فرایندهای مختلف بر روی فلزات بررسی میکنند.
همچنین میتوانید درباره ی تکنولوژی پلاسمای جفت شده القایی بخوانید
مقایسه متالورژی پودر با ریخته گری فلزات
وقتی صحبت از ساخت قطعات فلزی میشود اولین تصویری که به ذهن ما میرسد ریختن مذاب در قالب است و کمتر کسی فکرش را میکند که میتوان با پودر فلز قطعه ی فلزی ساخت.
هر دو فرآیند متالورژی پودر و ریخته گری فلزات برای شکلدهی آلیاژها مناسب هستند و انتخابی دقیق برای تولید محصولات با سایزهای بزرگتر هستند. هر دو فرآیند دارای سازگاری و دقت بالایی در تولید هستند. علاوه بر اینها، هر دو این فرآیندها ساده هستند و برای تولید قطعات پیچیده فلزی مورد استفاده قرار میگیرند.
با همه این شباهتها، محصولات متالورژی پودر در مقایسه با محصولات ریختگی ضخیمتر و سنگینتر هستند. یکی دیگر از نکات قابل توجه این است که قالبهای متالورژی پودر هزینه بسیار بالایی دارند در حالی که فرآیند ریخته گری ارزانتر و قابل اطمینانتر است.
همچنین میتونید درباره ی ریخته گری فلزات هم بخوانید
قطعات و محصولات ساخته شده با استفاده از متالورژی پودر
در هر بخش از زندگی، از دوش حمام گرفته تا چرخ دنده ها و ابزار مورد استفاده برای حفاری نفت، مواردی وجود دارد که با استفاده از متالورژی پودر ساخته می شوند. در زیر چند نمونه از هزاران قطعه، جزء، ابزار، ابزار و لوازم جانبی که با استفاده از این فرآیند بسیار انعطافپذیر و ارزشمند ساخته شدهاند، آورده شده است.
1.قطعات خودرو
استفاده از متالورژی پودر برای ساخت قطعات خودرو ارتباط مستقیمی با نوآوری در توسعه مواد جدید و فناوری پرس دارد. طیف گسترده ای از مواد موجود را می توان با چگالی و استحکام بالاتر فشرده، شکل داد و شکل داد.
از مزایای متالورژی پودر برای تولید قطعات خودرو می توان به توانایی آن در تولید پیکربندی های پیچیده با استفاده از روش های تولید مقرون به صرفه اشاره کرد. توانایی ساخت اجزای پیچیده بدون ضایعات یا ضایعات، نیاز به تکمیل یا ماشینکاری را از بین می برد.
پودرهای پایه آهن و فولاد ضد زنگ بیشترین کاربرد را در تولید قطعات خودرو دارند. برخی از قطعاتی که تولید می شوند عبارتند از: اجزای فرمان- اجزای انتقال قدرت – میله های اتصال- درپوش اصلی یاتاقان- زمان بندی سوپاپ ها – قطعات صندلی- قطعات اگزوز- سیستم کاهش کاتالیزوری- اجزای سیستم سوخت رسانی- اجزای موتور
2.دیسک توربین موتور جت
توربین های هوافضا باید در برابر دماهای شدید و فشارهای مختلف مقاومت کنند. دیسک توربین هسته ای است که فن های موتور، کمپرسورها و پره های توربین به آن متصل می شوند. دیسک های توربین از آلیاژهایی با دمای بالا ساخته می شوند که درجه ها و استانداردهای مورد نیاز را برآورده می کنند. دیسک های توربین برای دستیابی به بالاترین سطح کارایی ماشین کاری و تکمیل می شوند.
پودرهای اتمیزه و متالورژی پودر ایزواستاتیک داغ برای تولید دیسک های توربین استفاده می شود. این فرآیند پیچیده و دشوار است زیرا لازم است از ورود ذرات یا ناخالصی های ناخواسته جلوگیری شود.
3.تجهیزات پزشکی
صفحه اتصال دوقلو پروتز : یک صفحه اتصال دوقلو از رسیدن ناگهانی به مفصل محافظت می کند و به عنوان یک انتقال نیرو و اتصال بین زانوی مصنوعی و وسیله کششی در هنگام خم شدن زانو عمل می کند.
جراحان به ابزارهای دقیقی نیاز دارند که عملکرد عالی را ارائه دهند. تیغه ها باید تا بهترین نقطه تراشیده شوند تا مشخصات دقیق را برآورده کنند. گیرهها که برای کمک به عملیات آندوسکوپی طراحی شدهاند، چند میلیمتر طول دارند و طراحی پیچیدهای دارند و باید قبل از ارسال تحت فشار قرار گیرند. قسمتی از گیره گیر گره گیر است که دارای ابعاد و نیازهای یکسان با گراسپر است.
4.چرخ دنده ها
چرخ دنده ها یکی از متداول ترین قطعاتی هستند که در زمینه متالورژی پودر تولید می شوند. آنچه تولید کنندگان دریافته اند این است که متالورژی پودر دقت فوق العاده ای را ارائه می دهد که منجر به عمر طولانی تر دنده می شود. چرخدندهها را میتوان با گوشههای کور ساخت، که نیاز به برش زیرین را از بین میبرد.
هنگامی که چرخ دنده ها با استفاده از متالورژی پودر تولید می شوند، به راحتی با اجزای دیگر مانند بادامک، جغجغه و سایر چرخ دنده ها ترکیب می شوند. هر شکلی از چرخ دنده را می توان با استفاده از متالورژی پودر از جمله دنده های مارپیچ و چرخ دنده تولید کرد.
5.صنعت نفت و گاز
ابزارهای برش فلز و الماس سخت بخش ضروری اکتشاف گاز و نفت هستند. برای رفع نیاز، متالورژی پودر ابزارهایی از فولادهای آستنیتی و ضد زنگ تولید می کند. شیرها و منیفولدها برای برآوردن ابعاد و الزامات دقیق با استفاده از موادی ساخته می شوند که قادر به تحمل شرایط سخت، خطرناک و استرس زا هستند.
6.ابزار
بازاری که برای تولیدکنندگان متالورژی پودر به سرعت در حال رشد است، ابزارهای دستی برای پروژه های DIY و مراقبت از چمن است. دقت متالورژی پودر، ابزارهایی را تولید می کند که پنج برابر بیشتر از ابزارهایی که با استفاده از فرآیندهای دیگر ساخته می شوند، عمر می کنند. ابزارهایی که با استفاده از متالورژی پودر ساخته می شوند دارای مقاومت در برابر سایش، چقرمگی استثنایی و افزایش سختی هستند. این احتمال وجود دارد که در آینده نزدیک، تمام ابزارهای دستی با استفاده از متالورژی پودر ساخته شوند.
انواع فلزات مورد استفاده در متالورژی پودر
1.آلومینیوم
اکثر اجزای آلومینیوم با استفاده از آلیاژهای آلومینیوم ساخته می شوند زیرا آلومینیوم خام نرم، بسیار انعطاف پذیر و سبک است. صرف نظر از ترکیب با فلزات دیگر، آلومینیوم سبک وزن است و به راحتی شکل می گیرد. تقریباً در هر صنعتی با صنایع هوافضا و خودروسازی بیشتر از آن استفاده می شود.
2.فلز مس
پودر مس و آلیاژهای آن در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم بوده و به طور گسترده در کاربردهایی که رطوبت زیادی وجود دارد استفاده می شود. آلیاژهای مس می توانند پودرهای پیش آلیاژی یا مخلوط عنصری باشند. برنز، یک آلیاژ مس ساخته شده از مس و قلع، برای تولید بلبرینگ های خود روان کننده استفاده می شود.
3.آهن
پودر آهن پودر کریستالی سیاه خاکستری با چگالی 7.694 و نقطه ذوب 1837 درجه سانتیگراد است. برای متالورژی پودر، پودر آهن با استفاده از اتمیزه کردن آب با فشار بالا تولید می شود. در دمای 1121 درجه سانتیگراد پخته می شود. از آنجایی که آهن یک فلز نرم است، معمولاً با کربن مخلوط می شود تا فولاد تشکیل شود. از میان انواع مختلف فلزات مورد استفاده برای متالورژی پودر، آهن یکی از رایج ترین آنهاست. پودر آهن عمدتاً برای تولید قطعات خودرو مانند شفت، بازوهای راکر و روتورهای پمپ روغن استفاده می شود.
کیفیت پودر آهن بستگی به نحوه تولید آن دارد. روش های رایج عبارتند از اتمیزه کردن، احیا و الکترولیز که خالص ترین شکل را تولید می کند.
4.نیکل
خواص نیکل آن را به فلزی ایده آل برای استفاده در ساخت قطعات توربین های گازی و موتورهای موشک تبدیل می کند زیرا در برابر خوردگی مقاوم است و می تواند در برابر دماهای بالا مقاومت کند. مونل، آلیاژی از مس و نیکل، بسیار سخت است و در برابر اثرات آب شور مقاوم است.
نیکل یک فلز سفید نقره ای است که چکش خوار، سخت و انعطاف پذیر است. این یک رسانای خوب الکتریسیته و گرما است که به آرامی در اسیدهای رقیق حل می شود.
5.فولاد ضد زنگ
فولاد ضد زنگ به دلیل ویژگیهای مثبت فراوان، اولین انتخاب برای تولید بسیاری از قطعات است که دو مورد اصلی آن مقاومت در برابر خوردگی و زنگزدگی است. سری فولادهای ضد زنگ مورد استفاده برای تولید متالورژی پودر 300 و 400 می باشد. تطبیق پذیری فولاد ضد زنگ آن را به انتخابی ایده آل برای طیف وسیعی از کاربردها تبدیل کرده است.
فولاد ضد زنگ سری 316L دارای مقاومت در برابر خوردگی، چقرمگی، شکل پذیری و مقاومت در برابر اسیدها است. برای قطعات هوافضا، قطعات خودرو، ابزار پزشکی و قطعات برای ساخت کشتی استفاده می شود.
6.تیتانیوم
از میان انواع فلزات موجود برای فرآیند متالورژی پودر، تیتانیوم گرانترین است. ظاهری نقره ای دارد و به دلیل استحکام استثنایی و مقاومت در برابر خوردگی ارزش دارد. پودر تیتانیوم مانند سایر فلزات با استفاده از فرآیندهای مختلف تولید می شود. وقتی تیتانیوم به پودر تبدیل میشود، رنگ خاکستری یا سیاه به خود میگیرد، اما وقتی به شکل جامد است، خواصی را که دارد حفظ میکند.
پودر تیتانیوم برای تولید قطعات هواپیما، موشک و پروسه های شیمیایی استفاده می شود. هزینه تیتانیوم به دلیل روشهای پیچیده مورد نیاز برای تولید آن است، اگرچه روشهای کمهزینهتر در حال تکمیل هستند.
مزایای استفاده از فرآیند متالورژی پودر
رشد سریع متالورژی پودر به دلیل پیشرفت های تکنولوژیکی فراوانی است که این فرآیند را ساده کرده و آن را بسیار کارآمد کرده است. نوآوری های فراوان آن را از یک روش تولید کنجکاو به یک وسیله کم هزینه برای تولید قطعات دقیق و پیچیده تبدیل کرده است.
1.سازگاری با محیط زیست
فرآیند متالورژی پودر یک روش تولید سازگار با محیط زیست است. 97 درصد از موادی که برای تولید قطعات از طریق متالورژی پودر استفاده می شود، بخشی از محصول نهایی می شود. متالورژی پودر ضایعات بسیار کمی دارد و ضایعاتی ندارد. هر قطعه پودری که وارد فرآیند می شود در جزء تمام شده گنجانده می شود. فقدان ضایعات علاوه بر اینکه از نظر محیط زیست سالم است، باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ها می شود.
2.انعطاف پذیری
بر خلاف سایر فرآیندها، متالورژی پودر می تواند فلزات و غیرفلزات مختلف را با هم ترکیب کرده و در یک محصول مخلوط کند. ترکیبات غیرمعمول و منحصر به فرد می توانند با استفاده از یک ماده صحافی، یک قسمت واحد را تشکیل دهند.
می توان از روش های پیچیده متالورژی اجتناب کرد زیرا متالورژی پودر می تواند به راحتی مواد مختلف را ترکیب کرده و آنها را به یک شکل فشرده کند. متالورژی پودر قادر به تولید هر شکلی است، از طرح های پیچیده و پیچیده گرفته تا چرخ دنده های ساده. رشد مداوم فناوری آن دریچه ای را به روی کاربردهای جدید و متنوع باز می کند.
3.کامل بودن
قطعات و محصولات تولید شده با استفاده از متالورژی پودر نیازی به پردازش ثانویه ندارند. هر قسمت تقریباً به شکل شبکه است، به این معنی که آنها نیازی به تکمیل ندارند. علاوه بر این، قطعات متالورژی پودر دارای دقت ابعادی فوق العاده بالایی هستند.
4.مواد اولیه در دسترس
در دسترس بودن مواد خام یک مشکل دائمی برای عملیات تولید است زیرا کمبود منابع می تواند تولید را کند یا متوقف کند. مواد اولیه برای متالورژی پودر به راحتی در دسترس و ارزان هستند. فلزات پودری مواد بسیار رایج و معمولی هستند که به راحتی از چندین تولید کننده در دسترس هستند. همانطور که متالورژی پودر رشد کرده است، تامین کنندگان بیشتر و بیشتری فرآیندهای ساخت را برای پاسخگویی به تقاضا توسعه داده اند.
5.تکرارپذیری
در تولید انبوه، ضروری است که هر قطعه، از اول تا آخر، با نیازهای ابعادی طراحی آن مطابقت داشته باشد. در فرآیندهای خاص، تخریبی در حین تولید رخ می دهد که باعث ایجاد نقص و تفاوت در تک تک قطعات می شود. یکنواختی و تکرارپذیری فرآیند متالورژی پودر از چنین خطاهایی جلوگیری می کند و تضمین می کند که هر قطعه دارای ابعاد دقیق است.
6.مقاومت در برابر سایش
مهم است که قطعات نصب شده در خودروها، هواپیماها و ماشین آلات دارای طول عمر طولانی باشند تا از تعمیرات و تعویض پرهزینه جلوگیری شود. قطعات تولید شده با استفاده از متالورژی پودر دارای مقاومت سایشی و ضریب اصطکاک استثنایی هستند. این عوامل تضمین می کنند که وقتی یک قطعه متالورژی پودر نصب می شود، دوام خواهد داشت.
7.مغناطیس
ویژگی منحصر به فرد متالورژی پودر، توانایی آن در ترکیب فلزات مختلف برای ساخت و تولید اجزای مغناطیسی و همچنین کنترل خواص مغناطیسی است. فشردگی مواد پودری همان فرآیندی است که برای تولید آهنربا استفاده میشود، که باعث میشود افزودن آن به قطعات متالورژی پودر آسان باشد.
8.همگنی شیمیایی
وقتی یک ماده همگن است، بدون توجه به اینکه نمونه را از کجا در ماده میکشید، ترکیب آن یکسان است. این کیفیت نشان می دهد که خواص یک قطعه در سراسر ساختار آن سازگار است. یکنواختی شیمیایی برای یکنواختی، استحکام و دوام یک جزء ضروری است. تمام محصولات متالورژی پودر دارای این ویژگی هستند. دلیل ماندگاری آنهاست.