[۱].

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 ۳ درصد باشد، به عنوان مکانیزم اصلی و حاکم به شمار می رود [۱].
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 [۱].
در این روش با فشردن و تف جوشی در یک مرحله رسیدن به چگالی معادل قطعات تولیدی به روش دو بار پرس/ دو بار تف جوشی شده ممکن گردیده است [۱۴].

شکل ۱-۹- شماتیکی از سیستم فشردن گرم [۱۴].

۱-۵-۲- 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 [۱].

۱-۵-۲-۱- 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 [۱].

جدول ۱-۲- خواص مکانیکی قطعات P/M حاصل از فرآیند آهنگری پودر [۱].

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 ۱-۱۰ آورده شده است [۱].

شکل ۱-۱۰- فلوچارت مربوط به فرآیند آهنگری پودر [۱].

۱-۵-۲-۲- تزریق پودر داخل قالب

شکل۱-۱۱- شماتیک فرآیند تزریق پودر داخل قالب [۱].
همان طور که در شکل ۱-۱۱ 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 ۲۰-۱۰ بوده در حالیکه در روش های معمول ابعاد پودر حدودا ۱۵۰-۵۰ 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 ۴۰ درصد حجمی)، قطعات حاصل از MIM 7 بعد از فرآیند تف جوشی کاهش ابعادی شدیدی را خواهند داشت (۲۰ 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 [۱].

  تعالی سازمانی

۱-۵-۲-۳- 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 [۱].

۱-۵-۲-۳-۱- 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.

شکل ۱-۱۲- پرس ایزواستاتیک سرد [۱۵].

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 [۱].

۱-۵-۲-۳-۲- 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 ۱۰۰ تا ۳۰۰ 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 ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ 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 [۱].

  باورهای ارتباطی

شکل ۱-۱۳- شمایی از پرس ایزواستاتیک داغ [۱۵].

با استفاده از این تکنیک چگالی بالاتر از ۹۸ 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 ۱-۱۴ توانایی روش HIP با دیگر تکنیک های فشردن پودر مقایسه می شود [۱].

شکل ۱-۱۴- مقایسه خواص قطعات P/M حاصل از فرآیند های CIP، HIP،P/S [1].

۱-۵-۲-۴- 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 [۱].
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 [۱].
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 [۱].

۱-۵-۲-۴-۱- 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 ۱-۱۵، [۱].

شکل ۱-۱۵- موقعیت های معمول فرآیند متراکم سازی از طریق نورد(a)و(b)موقعیت افقی.(c) موقعیت عمودی. (d)موقعیت تحت زاویه [۱].

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 – ۱-۱۵ ) 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 – ۱-۱۵ ) 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 [۱].
۱-۵-۲-۴-۲- 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 ۱-۱۶ 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 [۱].

  ارزیابی عملکرد

شکل ۱-۱۶- روش های تغذیه پودر .(a) تغذیه اشباع شده. (b) تغذیه اشباع نشده [۱].

شکل ۱-۱۷ یک نوع تغذیه کننده ی پودر را نشان می دهد. امروزه، کلا فهای حاصل از پودر متراکم شده توسط نورد می توانند بوسیله ی هر دو روش تغذیه ی اشباع شده و اشباع نشده تا پهنای cm 53 و ضخامت ۵/۲ تا mm 2/3 تولید شوند [۱].

شکل ۱-۱۷- نوعی خاص از آرایش تغذیه ها [۱].

۱-۵-۲-۴-۳- کنترل لبه
کلاف خام نورد شده بهتر است دارای ضخامت و چگالی یکنواخت در طول و پهنا باشد. لبه های آن باید به خوبی شکل داده شده و چگالی برابر با چگالی مرکز کلاف داشته باشند. بدون کنترل لبه، پودر از فاصله ی بین غلتک ها فرار کرده و متعاقبا یک کلاف با لبه های کم دانسیته تولید می شود که مستلزم تراشیدن لبه پس از نورد مجدد کلاف می باشد [۱].

شکل های ۱-۱۸ و ۱-۱۹ روش های حفظ و نگهداری پودر در بین غلتک ها را نشان می دهد.

شکل ۱-۱۸- روش های کنترل تغذیه پودر [۱].

شکل ۱-۱۹- دستگاه محدود کردن لبه ها [۱].

۱-۵-۲-۴-۴- قطر غلتک
در نورد پودر، ضخامت کلاف توسط قطر غلتک مورد استفاده، تعیین می شود. قطر غلتک از mm 7/12 (in 5/0) تا mm920 (in 36) تغییر می کند. شکل ۱-۲۰ تاثیر قطر غلتک را نشان می دهد. زاویه ی گاز گیری در نورد سنتی فلز مشابه با نورد پودر می باشد (تقریبا ۷-۸ درجه) [۱].

شکل ۱-۲۰- تاثیر فطر غلتک نورد [۱].

۱-۵-۲-۴-۵- عملیات تمام کاری
کلاف خام یکنواخت که توسط دستگاه متراکم کننده تولید می شود، باید قبل از عملیات چگالش کامل

دیدگاهتان را بنویسید