فناوری "ساخت سبز" - متالورژی پودر

1. تعریف و اصل

متالورژی پودر یک فناوری فرآیندی برای تهیه پودر فلز یا استفاده از پودر فلز به عنوان ماده اولیه، شکل دهی و تف جوشی برای تولید مواد فلزی، مواد کامپوزیت و انواع محصولات است. فرآیند اصلی آن شامل آماده سازی پودر، تشکیل پودر، تف جوشی و درمان بعدی است. این فناوری از فناوری متالورژی باستانی سرچشمه گرفت، اما توسعه فناوری متالورژی پودر مدرن از اوایل قرن بیستم آغاز شد و به تدریج به شاخه مهمی از علم و فناوری مهندسی مواد تبدیل شد.

1. فرآیند

1.پودر کردنفرآیند تبدیل مواد خام به پودر است. روش های پودری رایج شامل روش احیای اکسید و روش مکانیکی می باشد.

2.مخلوط کردنفرآیند مخلوط کردن پودرهای مختلف مورد نیاز به نسبت معین و همگن کردن آنها به پودر خالی است. سه نوع خشک، نیمه خشک و مرطوب وجود دارد که برای نیازهای مختلف استفاده می شود.

3.شکل گیریفرآیند بارگیری مخلوط یکنواخت مخلوط شده در قالب و فشار دادن آن به شکل خالی با شکل، اندازه و چگالی مشخص است. روش های شکل دهی اساساً به دو دسته شکل دهی تحت فشار و شکل دهی بدون فشار تقسیم می شوند. رایج ترین مورد استفاده در قالب گیری تحت فشار، قالب گیری فشاری است.

4.تف جوشییک فرآیند کلیدی در متالورژی پودر است. بلانک تشکیل شده برای بدست آوردن خواص فیزیکی و مکانیکی نهایی مورد نیاز زینتر می شود. زینترینگ به تف جوشی سیستم واحد و تف جوشی سیستم چند جزئی تقسیم می شود. علاوه بر زینترینگ معمولی، فرآیندهای زینترینگ خاصی مانند تف جوشی شل، نفوذ مذاب، پرس گرم و غیره نیز وجود دارد.

5.پس از پختدرمان را می توان به روش های مختلفی با توجه به نیازهای محصول مختلف انجام داد. مانند تکمیل، غوطه وری در روغن، ماشینکاری، عملیات حرارتی و آبکاری. علاوه بر این، در سال های اخیر، برخی از فرآیندهای جدید مانند نورد و آهنگری نیز برای فرآوری مواد متالورژی پودر پس از تف جوشی اعمال شده است که نتایج نسبتاً ایده آلی به دست آورده است.

3. سیستم بستن در روش های رایج پردازش دنده

از تراش معمولی ← حباب دنده ← شکل دهی دنده ← تراشیدن دنده ← چرخش سخت ← سنگ زنی دنده → سنگ زنی → حفاری → سنگ زنی سوراخ داخلی → جوشکاری → اندازه گیری، پیکربندی یک سیستم بستن مناسب برای این فرآیند اهمیت ویژه ای دارد.

4. ویژگی های فرآیند

1. چگالی محصول را می توان کنترل کرد، مانند مواد متخلخل، مواد با چگالی بالا و غیره.

2. دانه های ریز، ریزساختار یکنواخت و بدون تفکیک اجزا.

3. نزدیک به قالب گیری، نرخ استفاده از مواد خام > 95٪.

4. کمتر یا بدون برش، پردازش برش تنها 40٪ ~ 50٪ است.

5. اجزای مواد قابل کنترل هستند که برای تهیه مواد کامپوزیتی مساعد است.

1. مزایا، معایب و کاربردها

مزایا:

1. به طور کلی چرخ دنده های متالورژی پودر فرآیندهای تولید کمتری دارند.
2. هنگام ساخت چرخ دنده ها با استفاده از متالورژی پودر، میزان استفاده از مواد می تواند به بیش از 95٪ برسد.
3. تکرارپذیری چرخ دنده های متالورژی پودر بسیار خوب است. از آنجایی که چرخ دنده های متالورژی پودر با استفاده از قالب ها به شکل فشرده در می آیند، در شرایط عادی استفاده، یک جفت قالب می تواند ده ها تا صدها هزار قطعه چرخ دنده را فشار دهد.
4. متالورژی پودر می تواند چندین قطعه را در یک قطعه تولید کند.
5. چگالی مواد چرخ دنده های متالورژی پودر قابل کنترل است.

6. در تولید متالورژی پودر، به منظور تسهیل حذف بلانک از قالب پس از شکل دهی، زبری سطح کار قالب بسیار خوب است.

معایب:

1. تولید دسته ای مورد نیاز است. به طور کلی، دسته های بیش از 5000 قطعه برای تولید متالورژی پودر مناسب تر هستند.
2. اندازه با ظرفیت پرس پرس محدود می شود. پرس عموماً فشارهایی از چند تن تا صدها تن را تحمل می کند و قطر آن اساساً در 110 میلی متر تولید می شود.
3. چرخ دنده های متالورژی پودری توسط ساختار محدود می شوند. به دلیل پرس و قالب، تولید چرخ دنده های کرمی، چرخ دنده های شاه ماهی و چرخ دنده های مارپیچ با زاویه مارپیچ بیشتر از 35 درجه به طور کلی مناسب نیست. به طور کلی توصیه می شود که دندانه های مارپیچ چرخ دنده های مارپیچ را در عرض 15 درجه طراحی کنید.
4. ضخامت چرخ دنده های متالورژی پودر محدود است. عمق حفره و ضربه فشار باید 2 تا 2.5 برابر ضخامت چرخ دنده باشد. در عین حال، با توجه به یکنواختی چگالی طولی ارتفاع چرخ دنده، ضخامت چرخ دنده متالورژی پودر نیز بسیار مهم است.

برنامه های کاربردی:

1. صنعت خودرو: بسیاری از قطعات خودرو با استفاده از فناوری متالورژی پودر مانند چرخ دنده ها، حلقه های همگام ساز، قطعات موتور، بلبرینگ ها، اجزای سیستم ترمز و غیره تولید می شوند.
2. مهندسی مکانیک: در زمینه مهندسی مکانیک از متالورژی پودر برای ساخت قطعات مختلف با ساختارهای پیچیده مانند پمپ، شیر، شاتون و غیره استفاده می شود.
3. صنایع برق و الکترونیک: از فناوری متالورژی پودر می توان برای تولید اجزای هسته آهنی در تجهیزات الکترومغناطیسی مانند هسته فریت ترانسفورماتورها و سلف ها استفاده کرد.
4. هوافضا: با توجه به ویژگی های چگالی کم، استحکام بالا و پایداری حرارتی خوب قطعات متالورژی پودر، به طور گسترده در زمینه هوافضا مانند ساخت قطعات موتور، قطعات ماهواره و غیره استفاده می شود.

به طور خلاصه، متالورژی پودر یک فناوری مهم آماده سازی مواد با چشم انداز کاربرد گسترده و مزایای قابل توجه است. با پیشرفت و توسعه مداوم علم و فناوری، فناوری متالورژی پودر به بهبود و نوآوری ادامه خواهد داد و سهم بیشتری در توسعه علم و فناوری مهندسی مواد خواهد داشت.