در این نوشته شما می توانید ویدیویی با توضیحات کامل از فرایند پرس و زینترینگ در متالورژی پودر را از وب سایت عصر مواد مشاهده بفرمایید.
ویدیو:
نام ویدئو به فارسی: پرس پودر و زینترینگ در فرایند متالورژی پودر
نام ویدئو به انگلیسی (در یوتیوب): –
زمان ویدئو: ۱۱ دقیقه و ۳۸ ثانیه
فرمت ویدئو: MP4 با کیفیت ۴۸۰ و ۷۲۰
زبان: انگلیسی
زیرنویس: –
مشاهده ویدیو:
لینک دانلود از آپارات:
حجم: ۲۷٫۵۸ مگابایت (کیفیت ۴۸۰) و ۴۷٫۵۷ مگابایت (کیفیت ۷۲۰)
توضیحات:
متالورژی پودر، فرایند قالب گیری قطعات فلزی با استفاده از پودر آن ها، با اعمال فشارهای بالا و سپس تف جوشی (زینترینگ) قطعه ی حاصل از فشردن است. در این فرایند، پس از متراکم کردن و شکل دهی پودرهای فلزی به منظور دستیابی به شکل قطعه مورد نظر، فرایند تف جوشی (زینترینگ) آن در دمای بالا (پایین تر از نقطه ذوب) در داخل کوره ای با اتمسفر کنترل شده انجام می شود. تحت این شرایط، پودرهای فلزی با یکدیگر جوش خورده و با تشکیل پیوندهای قوی بین ذرات، ساختار همگن و محکمی پدید می آید.
مراحل تولید و ساخت قطعات با استفاده از متالورژی پودر را می توان در چهار مرحله زیر خلاصه کرد:
- ۱- تولید پودر
- ۲- مخلوط کردن پودر
- ۳- متراکم کردن و شکل دهی پودر
- ۴- تف جوشی یا زینترینگ
در ادامه به بیان شرح مفصلی از مراحل فوق می پردازیم:
تولید پودر فلزات
پودر فلزی را می توان ذرات فلزی یا آلیاژی با اندازه یک تا هزار میکرون تعریف کرد. این ذرات ممکن است به صورت کروی، ورقه ای و یا شکل های بی قاعده باشد. در زمان های گذشته، پودرهای فلزاتی مثل طلا و مس با روش های ابتدایی مانند سوهان کاری تهیه می شد و در کاربردهای تزییناتی مثل ساخت رنگ ها و سرامیک ها به کار می رفت. با پیدایش فرایند متالورژی پودر و گسترش سریع آن، نیاز به پودرهای فلزی نیز به سرعت افزایش یافت و روش های مختلفی برای تولید پودر ابداع گردید.
روش های تولید پودر فلزات را می توان به سه گروه عمده زیر دسته بندی نمود:
الف: روش های مکانیکی
ب: روش های شیمیایی
ج: روش های فیزیکی
روش های مکانیکی تولید پودرهای فلزی:
روش های مکانیکی از فرایندهای اولیه تولید پودرهای فلزی به شمار می روند که امروزه کاربرد صنعتی کمتری در متالورژی پودر دارند. برخی از این روش ها عبارتند از:
– ماشین کاری
– خرد کردن
– آسیاب کردن
روش های شیمیایی تولید پودرهای فلزی:
مهم ترین روش های شیمیایی تولید پودر فلزات عبارتند از:
– احیای اکسیدهای فلزی
– رسوب الکترولیتی از نمک ها یا محلول های فلزی
– رسوب فلز از محلول های نمک آن فلز
– تجزیه حرارتی کربنیل های فلزی
– تجزیه هیدریدهای فلزی
– تجزیه ترمیت
روش های فیزیکی تولید پودرهای فلزی:
روش های فیزیکی تولید پودر فلزی را می توان در دو فرایند اتمیزه کردن (اتمایزینگ) و رسوب بخار فلزات دسته بندی کرد. مهم ترین و پرکاربردترین روش مورد استفاده برای تولید پودر فلزی، اتمیزه کردن است. تقریباً پودر تمام فلزاتی که امکان ذوب کردن آن ها وجود دارد، از این طریق تولید می شوند. اتمیزه کردن را می توان به طور ساده به متلاشی کردن مذاب به قطرات ریز تعریف کرد. این قطرات در یک محیط خنک کننده ی مایع، گاز و یا جامد، منجمد شده و به این ترتیب پودر فلزی تولید می شود. اتمیزه کردن خود به چندین روش انجام می شود که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- اتمیزه کردن با سیال (مایع یا گاز)
- اتمیزه کردن با نیروی گریز از مرکز (فرایندهای الکترود چرخنده، دیسک چرخنده و فنجان چرخنده)
- اتمیزه کردن در اثر تصادف مذاب با سطح جامد
- اتمیزه کردن مکانیکی (اتمیزه کردن نوردی، اتمیزه کردن با الکترود ارتعاشی، اتمیزه کردن با تکنیک سقوط مذاب و اتمیزه کردن اولتراسونیک)
- اتمیزه شدن با خلاء یا گاز محلول
گاه پس از تولید پودر فلزات، آن ها را برای کارایی و فرایندپذیری بهتر تحت یک عملیات پایانی قرار می دهند تا برای مرحله بعدی مناسب باشند. به عنوان مثال تنش زدایی به منظور برطرف کردن آثار کار سرد و افزایش پلاستیسیته انجام می شود. معمولاً تنش زدایی در اتمسفر احیاء کننده انجام می شود تا در صورت وجود روکش اسیدی برطرف شود. هیدروژن نیز با عملیات حرارتی از پودرهای الکترولیتی یا هیدراتی برطرف می شود.
عملیات دیگر کروی کردن شکل ذرات است. هرچند ذرات با شکل نامنظم برای پرس کردن ترجیح داده می شوند، اما برای مصارف خاص مانند تولید فیلتر، ذرات کروی مورد نیاز می باشند.
در مواردی که پودرهای خیلی ریز لازم است، باید وزن مخصوص ظاهری و سرعت جریان پودر با اگلومره کردن بهتر شود. معمولاً پودر را پرس می کنند و آن را به اندازه مورد نیاز برای آگلومره کردن خرد می کنند. هم چنین ممکن است با آسیاب کردن تا حدودی پودرهای داکتیل را آگلومره کرد. ذرات در حالت سرد جوش می خورند و در شکلی فلس مانند، آگلومره و در نهایت آنیله می شوند. پس از آن که پودرهای فلزی آماده شد آن ها را درجه بندی و با هم مخلوط می کنند.
در صنعت متالورژی پودر عوامل زیادی بر روی خواص و مشخصات محصول نهایی اثر دارند که از مهم ترین آن ها می توان مخلوط، متراکم و زینتر کردن و نیز تمام مشخصات پودر، مخصوصاً ترکیب شیمیایی و ساختمان ذرات را نام برد. آخرین فاکتور شامل ساختمان میکروسکوپی، تخلخل و تجمع ناخالصی ها و … است. این خواص اولیه، تعیین کننده مشخصات دیگر پودر، مثل سطح مخصوص، وزن مخصوص ظاهری، جریان یافتن پودر و نیز خواص فشردگی و زینتر است.
مخلوط کردن پودر
پس از آن که پودرهای فلزی آماده شد، آن ها را درجه بندی کرده و به همراه مواد افزودنی با هم مخلوط می کنند. این عمل کار مهم و دقیقی است، چرا که یکنواختی مخلوط در کیفیت محصول تولید شده تاثیر زیادی دارد.
متراکم کردن و شکل دهی پودرهای فلزات
یکی از مهم ترین مراحل تولید در متالورژی پودر، وارد کردن فشار یا پرس کردن پودر و دستیابی به شکل مورد نظر است. در حین فشردن، ذرات پودر فلزی به یکدیگر کاملاً نزدیک می شوند. بدیهی است که در اثر تراکم و نزدیک شدن ذرات به یکدیگر، سطح تماس آن ها افزایش می یابد و به این ترتیب محصولی فشرده تولید می شود که البته محصولی تمام شده نیست و باید فرایند زینترینگ نیز بر روی آن انجام شود. از ویژگی های مورد نظر در این مرحله، علاوه بر دستیابی به شکل معین، رسیدن به دانسیته کافی و همچنین یکنواختی دانسیته در تمام قطعه، استحکام کافی برای حمل و نقل و سالم بودن قطعه (بدون ترک خوردگی و یا امواج سطحی) است.
لازم به ذکر است که با اعمال فشارهای بالا به ذرات پودر، تغییر شکل پلاستیکی در ذرات شروع شده و بخش های نازک پودر خم می شوند و یا می شکنند. در نهایت اعمال فشار موجب مقداری جوش سرد در بین ذرات پودر می شود.
برای شکل دادن پودر از روش های مختلفی استفاده می شود که از مهم ترین آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- فشردن یک طرفه
- فشردن دوطرفه
- فشردن ایزواستاتیک
- آهنگری پودر
- نورد پودر
- تزریق پودر
- فشردن داغ
- اکستروژن داغ
- شکل دهی پودرهای فلزی به روش تخلیه ولتاژ بالا
تف جوشی (زینترینگ)
پودر را به طریقی که تشریح شد، تولید و شکل می دهند. اما قطعه خام به علت سست بودن پیوند بین ذرات (ذرات پودر در مرحله پرس کردن فقط به یکدیگر اتصال مکانیکی پیدا می کنند)، قادر نیست که تنش های کاری را تحمل کند، در نتیجه می شکند. برای اینکه قطعه بتواند تنش های کاری را تحمل کند، لازم است که پیوند قوی تری بین ذرات به وجود آید. تف جوشی یا زینترینگ فرایندی است که این پیوند را برقرار می کند. در اثر این عملیات، تحرک اتم ها زیاد شده، امکان از بین رفتن مناطق پر انرژی فراهم می آید. مناطق پر انرژی، فصل مشترک های بین ذرات است که قاعدتاً اتصال نقطه ای بین ذرات برقرار کرده اند. با از بین رفتن این مناطق، گوشه های تیز به صورت گرد و منحنی شکل در می آید. حجم حفره ها کاهش می یابد. نوع اتصال از حالت مکانیکی به اتصال اتمی تبدیل می شود و سطح تماس بین ذرات افزایش می یابد. در اثر این اتفاقات، حجم قطعه کاهش می یابد ولی در عوض، دانسیته و استحکام آن افزایش می یابد.
تاثیر فرایند زینترینگ بر روی آرایش و دانه بندی پودرها
به طور کلی می توان گفت که روش های تف جوشی به دو دسته روش های آمریکایی و اروپایی تقسیم می شود. در آمریکا، قسمت اعظم قطعات تهیه شده به وسیله متالورژی پودر فقط یک بار پرس و یک بار هم زینتر می شوند. درجه حرارت تف جوشی، نسبتاً پایین است و معمولاً زمان زینتر کردن نیز کمتر از یک ساعت است. قطعه به دست آمده دارای دانسیته پایین و هم چنین مقاومت کم است. برای حصول قطعات با مقاومت های بیشتر، به جای بالا بردن دانسیته خام یا درجه حرارت زینتر کردن، از عناصر آلیاژی استفاده می کنند. برای آهن رایج ترین عنصر آلیاژی مس است که به صورت مخلوط در پودر، وارد قطعات می شود.
چون در اروپا همواره هدف این بوده است که خصوصیات مکانیکی قطعات قابل قیاس با خصوصیات قطعات ریخته شده باشد، بنابراین سعی شده است که مقاومت قطعات تا حد امکان بالا باشد. برای این منظور قطعات را در درجه حرارت های بالاتر و مدت طولانی تر دو بار پرس و دو بار زینتر می کنند.
پس به صورت کلی، تف جوشی یا زینترینگ عبارت است از حرارت دادن قطعه، حداقل زیر نقطه ذوب یکی از اجزای تشکیل دهنده اصلی، به منظور ایجاد پیوند بین ذره ای. بيشتر فلرات در دمايی حدود ۷۰ الي ۸۰ درصد دماي ذوبشان زينتر می شوند. در مواردی كه محصول تركيبی از چند ماده است دمای زينتر ممكن است بالاتر از دمای ذوب برخی از اجزا باشد. در اين حالت مواد زودگداز ذوب شده و در حفرات خالی مواد دير گداز رخنه می كند. دماهای بالا موجب اكسايش سريع مي شوند كه مانع از ايجاد اتصال بين دانه های فلز می گردد. استفاده از محيط های احياكننده كه رايج ترين آن ها محيط هايی بر پايه هيدروژن آمونياک تجزيه شده و يا هيدرو كربن های شكسته شده است تقريباً می تواند هر گونه اكسيد ايجاد شده در سطح ذرات را احيا كند و گازهای تجزيه شده مضر را در حين تف جوشی محترق نمايد، بر ديگر محيط های زينترينگ ترجيح دارد.
عملیات زینترینگ موجب بروز اثرات زیر می شود:
– تغییرات شیمیایی
– تغییرات ابعادی
– رها شدن تنش های داخلی
– تغییر فاز
از جمله متغیرهایی که در فرایند زینترینگ باید به آن ها دقت شود، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
۱- مکانیزم انتقال مواد، که خود شامل موارد زیر می شود:
– جریان ویسکوز
– نفوذ سطحی
– نفوذ حجمی یا شبکه ای
– نفوذ مرزدانه ها
– بخار و متراکم شدن
۲- نوع فعل و انفعالات در طول زینترینگ
۳- حرارت زینترینگ
۴- سرعت گرم و سرد شدن
۵- زمان زینترینگ
۶- اتمسفر زینترینگ
۷- افزودنی هایی که باعث زینترینگ فعال می شود.
نوشته های مرتبط:
متالورژی پودر چیست؟ فرایند تولید قطعه با متالورژی پودر چگونه است؟
ویدیویی دیدنی از فرایند متالورژی پودر
 |
 |
 |
 |
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.