مقالات
متالورژی پودر استیل چیست؟
مهر
متالورژی پودر استیل یکی از روش‌های نوین برای تولید و ساخت قطعات با پیچیدگی و دقت ابعادی بالاست. فرآیندهای مختلفی مانند ریخته‌گری، فورج، تراشکاری و … برای تولید قطعات وجود دارند اما متالورژی پودر را می‌توان یکی از دقیق‌ترین روش‌های تولید قطعات دانست. در این مقاله قصد داریم شما را با این تکنولوژی بیشتر آشنا کنیم.
متالورژی پودر استیل چیست؟
متالورژی پودر استیل یا اصولاً متالورژی پودر از روش‌های تولید قطعات فلزی و سرامیکی است که قدمت بسیار زیادی به شکل تجاری در صنعت ندارد. برای این فرآیند از پودر استنلس استیل یا سایر مواد استفاده می‌شود. مبنای این روش بر اساس فشردن و پدیده تف‌جوشی پودر استنلس استیل است. به شکل ساده می‌توان گفت: این پدیده در زیر نقطه ذوب صورت می‌گیرد و طی این فرآیند ذرات پودر با تشکیل پیوندهایی به یکدیگر جوش خورده و ساختار همگن و مستحکمی را پدید می‌آورند.
متالورژی پودر استیل چگونه انجام می‌شود؟
فولادهای پودری از طریق یک فرآیند تولیدی خاص تولید می‌شوند که منجر به ایجاد ساختار بسیار ریزدانه فلز شده و به خواص متالورژیکی برجسته و ترکیب شیمیایی غنی‌تر منجر می‌شود. تولید قطعات به این روش در چهار مرحله صورت می‌گیرد که طی این مراحل پودر استنلس استیل به قطعه نهایی تبدیل می‌شود. در ادامه به تشریح این مراحل می‌پردازیم:
1- آماده‌سازی پودر: برای تولید پودر استنلس استیل غالباً از روش اتمیزه کردن استفاده می‌شود. در این روش ابتدا آلیاژ استیل مورد نظر را ذوب می‌کنند. سپس جریان مذاب را با استفاده از جت آب یا گاز با فشار بسیار بالا به قطرات بسیار ریز تبدیل می‌کنند. این قطرات به‌سرعت منجمد می‌شوند و ذرات پودر (در روش گازی معمولاً کروی) به‌دست می‌آید که پس از جداسازی و دانه‌بندی برای استفاده آماده است. روش‌های دیگری نیز برای تولید پودر فلزات وجود دارد اما در مورد استنلس استیل عمدتاً از همین روش استفاده می‌شود.
2- مخلوط کردن پودرها: در این مرحله پودرهای تولید شده را با یکدیگر مخلوط می‌کنند. پودر به همراه برخی افزودنی‌ها و روان‌کننده‌ها ترکیب می‌شوند. نسبت ترکیب پودرها با یکدیگر برای بهبود آلیاژها اهمیت بسیار زیادی دارد چرا که می‌تواند بر انجام بهتر فرایند و خواص نهایی قطعات تولید شده اثر گذار باشد.
3- فشرده‌سازی پودرها: در این مرحله پودرهای مخلوط شده در قالب‌های مورد نظر تحت فشار قرار می‌گیرند تا شکل مورد نظر حاصل شود. در این مرحله پس از وارد شدن پودر به درون قالب، به کمک ارتعاش، منافذ درون قالب پر می‌شوند. سپس فشار نهایی به پودر وارد می‌شود. در صنعت بسته به نوع و هندسه قطعه فشرده‌سازی تحت فشاری بین 80 تا 1600 مگاپاسکال انجام می‌شود تا فضای خالی میان ذرات به حداقل برسد.
4- تف‌جوشی یا زینترینگ: مکانیزم اصلی در تولید قطعات به این روش، پدیده تف‌جوشی است. در مرحله فشرده‌سازی پیوند بین ذرات پودر دائمی نیست و قطعات برای استفاده آماده نیستند. در این مرحله قطعات در کوره و در اتمسفر کنترل‌شده تحت دمای بالا قرار می‌گیرند که پایین‌تر از دمای ذوب استیل است. طی این مرحله پیوند جدیدی بین ذرات پودر برقرار می‌شود که استحکام بسیار زیادی دارد.
چهار مرحله فوق را می‌توان اساسی‌ترین مراحل این روش دانست. پارامترهای هر مرحله اعم از دما و فشار برای فلزات و آلیاژهای مختلف، متفاوت است.
روش‌های متالورژی پودر استیل
روش معمولی: در این روش همان چهار مرحله ذکر شده به‌صورت مکانیزه و پشت‌سرهم انجام می‌شوند.
روش قالب‌گیری تزریقی: این روش برای تولید قطعات با هندسه پیچیده در تیراژ بالا استفاده می‌شود. در این روش در مرحله اختلاط پودرها از نوعی چسب استفاده می‌شود که در مرحله آخر با اعمال حرارت از بین می‌رود و اثری از آن باقی نمی‌ماند.
روش پرس ایزواستاتیک: در این روش فشاری یکسان به پودر وارد می‌شود و ساختار قطعه کاملاً یکپارچه خواهد بود. پرس ایزواستاتیک به دو روش گرم و سرد انجام می‌شود که اتخاذ روش مناسب به جنس و هندسه قطعه بستگی دارد.
روش افزودن فلز: با توجه به مزایا و معایب روش‌های معمول، این روش کمی متمایز است. این روش نوین را می‌توان با فرآیند پرینت سه‌بعدی مشابه دانست که پودر فلز لایه‌به‌لایه هندسه نهایی را تشکیل می‌دهد. روش افزودن فلز معمولاً برای نمونه‌سازی سریع قطعات استفاده می‌شود و برای تولید انبوه اقتصادی نیست. در این روش برای مرحله تف‌جوشی از فناوری لیزر استفاده می‌شود. دقت ابعادی در این روش بسیار زیاد است و ضایعات تولیدی بسیار اندک است.
تولید قطعه به روش متالورژی پودر با ضایعات بسیار کمی همراه است. ضمن اینکه با پیشرفت روزافزون تکنولوژی میزان تولید ضایعات نیز بسیار کمتر شده است. همچنین با این روش می‌توان قطعات را در تیراژ بالا و با دقت ابعادی بسیار زیاد تولید کرد.
از محدودیت‌ها و معایب این روش می‌توان به محدودیت در اندازه قطعات تولیدی اشاره کرد. همچنین هزینه مواد اولیه و تهیه پودر استنلس استیل در مقایسه با سایر روش‌ها بالاتر است. علاوه بر این امکان ایجاد تخلخل و آخال در درون قطعات تولیدی وجود دارد.
با وجود مزایای فراوان، این روش همیشه انتخاب اقتصادی نیست. ساخت قالب و تجهیزات فشردن هزینه اولیه قابل‌توجهی دارد و توجیه اقتصادی این روش معمولاً به تیراژ بالا وابسته است. به همین دلیل برای قطعاتی با هندسه ساده‌تر مانند شفت، پین، پیچ و بوش یا سفارش‌های کم‌تیراژ، بسیاری از سازندگان به‌جای پودر، قطعه را با ماشین‌کاری از میلگرد استیل تولید می‌کنند.
در این روش، قطعه مستقیماً از یک میله یکپارچه تراشیده می‌شود؛ بنابراین نیازی به قالب اختصاصی نیست و ساختار آن معمولاً متراکم و فاقد تخلخل‌های ناشی از تف‌جوشی است. این محصول در گریدهای رایجی مانند 304 و 316 و در قطرهای مختلف در دسترس است و برای تولید نمونه اولیه و سفارش‌های کوچک، زمان آماده‌سازی کمتری نیاز دارد. در مقابل، اگر قطعه شکل پیچیده‌ای دارد و قرار است در تعداد زیاد و با حداقل ضایعات تولید شود، متالورژی پودر گزینه بهتری است. در نهایت انتخاب بین این دو روش به هندسه قطعه، تیراژ و خواص مکانیکی مورد انتظار بستگی دارد.
کاربرد متالورژی پودر استیل
این روش در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارد. استنلس استیل به دلیل مقاومت خوبی که در برابر خوردگی و اکسیداسیون دارد، بیشتر از سایر فلزات برای قطعات تولیدی به روش متالورژی پودر استفاده می‌شود. از این روش برای تولید قطعات مورد استفاده در تجهیزات هوایی، دیسک توربین موتور جت، تولید چرخ دنده‌ها، قطعات خودرو، ابزار پزشکی و … استفاده می‌شود.
برای انتخاب آلیاژ مورد استفاده در تولید به روش متالورژی پودر، باید 5 فاکتور مهم را بررسی کنیم. این 5 ویژگی عبارتند از:
مقاومت در برابر خوردگی
سختی
استحکام کششی
استحکام خستگی
اگر آلیاژ انتخاب شده در 5 ویژگی ذکر شده متناسب با نیازمندی‌های فنی طرح باشد، می‌توان از آن برای تولید قطعه به این روش استفاده کرد.
کاربرد متالورژی پودر در چاقوسازی
از این روش برای ساخت چاقو نیز استفاده می‌شود. علت این کاربرد آن است که چاقوی تولید شده به این روش نسبت به روش‌های سنتی مدت زمان طولانی‌تری تیزی خود را حفظ می‌کند. همچنین مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی استنلس استیل سبب شده است تا این روش برای تولید چاقو مورد استفاده قرار گیرد. البته باید در نظر داشت چاقوهای تولید شده به این روش کمیاب و گران‌قیمت هستند.
سخن آخر
متالورژی پودر استیل از روش‌های پیشرفته برای ساخت قطعات فولادی است که کاربرد وسیعی در تولید قطعات صنعتی دارد. در این روش از پودر استنلس استیل برای تولید قطعات استیل استفاده می‌شود. این فرآیند شامل چهار مرحله است که طی آن پودر به قطعه نهایی با پیچیدگی و دقت ابعادی بالا تبدیل می‌شود.