متالورژی پودر

متالورژی پودر یک فرآیند تولیدی است که با فشار دادن فلزات و آلیاژهای پودری در یک قالب سفت‌وسخت و تحت فشار شدید، قطعات بسیار دقیقی تولید می‌کند. با توسعه و اجرای پیشرفت‌های تکنولوژیکی، متالورژی پودر به فرآیند ضروری برای تولید بوش‌ها ، بلبرینگ‌ها، چرخ‌دنده‌ها و مجموعه‌ای از قطعات ساختاری تبدیل شده است. کلید دقت و موفقیت متالورژی پودر، فرآیند تف جوشی است که قطعات را گرم می‌کند و آن‌ها را تحت‌فشار قرار می‌دهد تا ذرات پودر به هم بچسبند. دما در تف جوشی مقداری کمتر از نقطه ذوب فلز اولیه است به‌طوری‌که ذرات پودر شده به‌وسیله پیوندهایی به یکدیگر متصل می‌شوند.

فرآیند متالورژی پودر یک روش قدیمی و منحصربه‌فرد برای تشکیل اشکال و طرح‌ها از فلزات آهنی و غیرآهنی است. متالورژی پودر هزاران سال است که به‌عنوان راهی برای تولید وسایل و ابزار خانگی استفاده می‌شود. این روش به‌عنوان روشی برای تولید انبوه محصولات و قطعات در اواسط انقلاب صنعتی اول آغاز شد. تا اوایل قرن بیستم، این فرآیند به‌صورت پراکنده مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما به‌عنوان یک روش تولید مناسب در نظر گرفته نمی‌شد. با توسعه برق و پیشرفت‌های تکنولوژی، متالورژی پودر به‌عنوان یک روش بسیار کارآمد و مولد برای تولید قطعات با تلورانس بالا و حداقل ضایعات جایگاهی پیدا کرده است.

خواص محصولات تولیدشده با استفاده از متالورژی پودر به ویژگی‌ها و خواص پودر بستگی دارد. یکی از فرآیندهایی که برای تولید پودر برای متالورژی پودر استفاده می‌شود، اتمیزه کردن مذاب است. در این فرآیند، فلز مایع به قطرات کوچکی تبدیل می‌شود که سرد شده و به ذرات کوچک تبدیل می‌شوند. در اتمیزه کردن، ماده از حالت جامد به حالت مذاب تبدیل می‌شود. سپس حالت مذاب فلز تحت فشار زیاد از داخل یک روزنه عبور داده می‌شود. هنگامی‌که این ماده مذاب با فشار زیاد از روزنه عبور می‌کند، تلاطمی ایجاد می‌شود که به‌نوبه خود منجر به تشکیل پودر و ذرات گاز می‌شود. بعداً ذرات گاز و پودر از هم جدا می‌شوند. اگرچه اتمیزه کردن رایج‌ترین روش برای تولید پودر است، اما فرآیندهای دیگر شامل کاهش شیمیایی، رسوب الکترولیتی، آسیاب و تجزیه حرارتی نیز برای این منظور وجود دارند. صرف‌نظر از اینکه از کدام فرآیند استفاده می‌شود، تمام فلزات و آلیاژها را می‌توان به پودر تبدیل کرد. قبل از اختلاط، پودرها از نظر مناسب بودن، برای فرآیند متالورژی پودر ارزیابی و آزمایش می‌شوند. در این رابطه، عواملی ازجمله سرعت جریان، چگالی، تراکم‌پذیری و استحکام پودرها بررسی می‌شوند.

در فرآیند اختلاط، پودرها با سایر پودرها، چسب‌ها و روان کننده‌ها ترکیب می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که مخلوط نهایی دارای ویژگی‌های لازم است. بسته به نوع فرآیند متالورژی پودر و الزامات قطعه، مخلوط کردن و اختلاط را می‌توان به‌صورت مرطوب یا خشک انجام داد.

فشرده سازی شامل فشار دادن و فشرده کردن مخلوط پودر به شکل قالب مورد نظر است. هنگامی‌که فشرده‌سازی به‌درستی انجام شود، فضاهای خالی احتمالی را کاهش می‌دهد و به‌طور قابل‌توجهی چگالی محصول را افزایش می‌دهد. فرم فشرده و تحت‌فشار، green compact نامیده می‌شود که نشان‌دهنده این است که قطعه از فشرده‌سازی بسیار خوبی برخوردار است. فشار لازم برای فشرده‌سازی بین ۸۰ مگا پاسکال تا ۱۶۰۰ مگا پاسکال است. هر نوع پودر فلز بسته به خواص خود به فشار مخصوصی برای فشرده‌سازی نیاز دارد. در فشرده‌سازی پودر نرم، فشار بین ۱۰۰ مگا پاسکال تا ۳۵۰ مگا پاسکال است. برای فلزات انعطاف‌پذیرتر و سخت‌تر، مانند فولاد و آهن، فشار بین ۴۰۰ مگا پاسکال تا ۷۰۰ مگا پاسکال است.

اگرچه مخلوط green compact تحت فشار شدید قرار گرفته است، اما به‌اندازه کافی قوی نیست که بتوان از آن استفاده کرد. به‌منظور ایجاد پیوند دائمی بین ذرات فلز، green compact در دمای بالا پخته می‌شود یا گرم می‌شود. در اصل، تف جوشی، محصول یا بخشی قابل‌استفاده نهایی را تولید می‌کند.

این روش مزیت‌های چشمگیری دارد و به همین دلیل استفاده از آن افزایش یافته‌است، به طوری که پودر فلز سالانه بیشتر از یک میلیون تن تولید می‌شود. چند مورد از مزایای این روش عبارتند از: ▪️ مقرون به صرفه ▪️ ضایعات کم ▪️ سازگاری با محیط زیست ▪️ تولید قطعات با اشکال مختلف ▪️ بهره‌وری انرژی ▪️ کاهش ماشین کاری به علت دقت بالا در کنترل ابعادی