مقدمه

اين تعريف که) متالوژي که از قديمي‌ترين هنرها و يکي از جديدترين علوم است) ، بخوبي تاريخچه طولاني و جالب رشته متالوژي را بيان مي‌کند. از زماني که بشر فلز را شناخت، متالوژي را به‌عنوان يک هنر فرا گرفت. اين علم ، فرآوري مواد معدني از کانه‌هاي آنها (جداسازي از سنگ معدن) ، ذوب ، تصفيه و توليد شمش ، بهبود خواص و تهيه آلياژها و فن کار بر روي فلزات و شکل دادن آنها را در بر مي‌گيرد. صنعت متالوژي در جهان از ديرباز به‌عنوان صنعت مادر شناخته شده ، با پيشرفتهاي روز افزون تکنولوژي ، نقش آن آشکارتر مي‌گردد. شواهد باستان شناسي نشان مي‌دهد که ساکنين فلات ايران ، جزو اولين اقوامي بوده‌اند که به کشف فلزات و استفاده از آن نائل گرديده‌اند. با در نظر گرفتن اين سابقه ديرينه ، همچنين نقش روز افزون فلزات در زندگي بشر و وجود معادن غني متعدد در کشورمان لازم است که دست‌اندرکاران متالوژي در شناسايي هر چه بيشتر اين رشته کوشا بوده ، به طريقي سطح اطلاعات علمي و فني سايرين را در اين زمينه بالا ببرند.

تاريخچه متالوژي

دوره فلزات پس از عصر سنگ بوده ، از حدود 6 تا 7 هزار سال پيش از هجرت آغاز شده است. به نظر مي‌رسد که مس اولين فلزي است که بطور خالص و طبيعي و جدا از مواد معدني مورد استفاده بشر قرار گرفته است. با نگاهي به انوع سنگهاي مس ، مي‌بينيم که آنها کم و بيش از ظاهري فلزي با رنگهاي الوان ، نظير نيلي ، لاجوردي ، سبز ، طلايي و رخ برخوردار مي‌باشند اين امر مي‌تواند يکي از علل عمده توجه بشر اوليه به ترکيبات حاوي مس باشد. از طرفي مس به‌صورت خالص در طبيعت يافت مي‌شود و قابليت شکل‌پذيري مناسبي دارد.
برخي از پژوهشگران نيز معتقدند که اولين بار ذرات براق طلا که در کف رودخانه ها پراکنده بوده است، توسط بشر شناسايي شدند. مصريان و شايد هنديان بيش از ساير ملل در استخراج طلا از سنگهاي آن توفيق داشته‌اند. در ايران نيز از دوره هخامنشي ، آثار متعددي از طلا و نقره خصوصا در کنار رود جيحون و در شهر همدان کشف شده است.
با گذشت زمان ، قلع ، نقره ، سرب و آنيتموان(سنگ سرمه) نيز کشف شد. فلزکاران با استفاده از آتش ، سرخ کردن و سپس ذوب فلزات ، آميختن آنها را تجربه کرده ، به شناخت تجربي آلياژها توفيق يافتند. از اختلاط قلع و مس ، مفرغ پديد آمده ، عصر مفرغ آغاز شد. مفرغ از هنر زيبايي با مس ، طلا و نقره رقابت مي‌کرد و سختي و دوامش از انها بيشتر بود و نيازهاي بشر را نيز براي ساخت ابزارهاي مختلف تامين مي‌کرد، لذا بشر تا مدتها به فکرساختن آلياژ يا کشف فلز جديدي نبود.

بدرستي معلوم نيست که انسان نخستين بار چگونه و از کجا سنگ آهن را کشف و ذوب نمود و فلز آهن را بدست آورد، اما از شواهد امر پيداست که از 5000 سال پيش انسانهاي نخستين آهن را بکار مي‌گرفتند و تقريبا در نصف اين مدت ، آهن بعنوان وسيله اي زينتي و فلزي افسانه‌اي از توجه خاصي برخوردار بوده است. مصريان قديم به آهن ، با- ان- پتن يا فلز بهشتي مي‌گفتند.
به نظر مي‌رسد که ابتدا شهاب‌هاي آسماني که حاوي آهن و نيکل (15-6 درصد نيکل) بوده‌اند، توسط انسانهاي نخستين بکار گرفته شده‌اند. اطلاق سنگ اسماني و فلز ستارگان به آهن نيز مويد همين است. آشوري‌ها ، بابلي‌ها ، کلداني‌ها و عبري‌ها به‌علت گرانبها بودن آهن از آن در ساختن زيور آلات استفاده مي‌کردند. در عهد حمورابي (2700 سال پيش از هجرت) ، بهاي آهن هشت برابر نقره و معادل سه‌ربع بهاي طلا بوده است.
در ايران قديم نيز در دوره هخامنشي به مرور مصالح آهني جاي مصالح مفرغي را گرفت، بطوري‌که در اواخر اين دوره ، اسلحه‌هاي آهني جايگزين اسلحه‌هاي مفرغي شدند. پيشينيان ، سنگ معدن آهن را با زغال چوب مخلوط کرده ، مشتعل مي‌نمودند. در دوران باستان ، در ايران ، بين النهرين ، يونان و روم مجموعا هفت فلز شناخته و بکار برده شده‌اند که شامل مس ، طلا (زر) ، نقره (سيم) ، آهن ، سرب (آبار(، اقلع (ارزيز) و جيوه (سيماب) و پلاتين مي‌باشند.

توليد فلزات در طول زمان

از دوران باستان تاکنون مجموعا 87 فلز کشف شده است که به جز 7 فلز مذکور ، 2 فلز در قرون وسطي ، 15 فلز در قرن دوازدهم هجري ، 43 فلز در قرن سيزدهم هجري و 20 فلز در قرن چهاردهم هجري (قرن معاصر) کسف شده‌اند. البته بين تاريخ کشف و زماني که توليد فلزات از نظر اقتصادي مقرون به صرفه شده است، فاصله زماني طولاني وجود دارد. چون در بررسي مسائل متالوژي ، نه‌تنها توليد فلزات امر مهمي مي‌باشد، بلکه موارد کاربرد آنها نيز بايد قابل توجيه باشد.
براي مثال اورانيوم در سال 1221هجري خورشيدي کشف شده است، اما توليد صنعتي آن تا سال 1320هجري خورشيدي (1841م.) طول کشيده است. به عبارت ديگر حدود يک قرن پس از کشف اورانيوم ، يعني زماني که پديده شکافت اتمي فلزات هسته‌اي تحت استفاده مطلوب قرار گرفت، توليد آن در سطح صنعتي شروع گرديد.

شکل‌گيري علم متالوژي

با گذشت زمان ، کشف روشهاي جديد استخراج و تصفيه فلزات ، شناسايي مشخصات ساختاري و فيزيکي مواد و فنون جديد شکل دادن و کاربر روي فلزات ، صنعت متالوژي به عنوان شاخه اي از علم ، جايگاهي مستقل يافت. امروزه علم متلوژي را به دو بخش کلي شامل متالوژي استخراجي و متالوژي صنعتي تقسيم نموده‌اند که اين دو بخش ، اخيرا در دانشگاهها نيز به‌عنوان گرايشهاي رشته مهندسي متالوژي انتخاب شده‌اند.
متالوژي استخراجي و شيميايي شامل جداکردن فلزات از سنگ معدن و تصفيه آنها (توليد فلزات) ، شناخت انواع کوره‌ها ، سوخت‌ها و فعل و انفعالات شيميايي مي‌باشد. اين گرايش انواع متعددي از روشها را در بر مي‌گيرد که از جمله مي‌توان به کانه آرايي ، پر عيار کردن مواد معدني ، شستن ، ذوب کردن ، تصفيه فلز مذاب و توليد شمش اشاره نمود.
متالوژي صنعتي شامل کار بر روي فلزات و مواد و تهيه محصول نهايي مي‌باشد. در اين گرايش همچنين خواص و مشخصات فيزيکي ، ساختاري و مکانيکي مواد نيز بررسي مي‌شوند. منظور از کار کردن روي فلزات ، روشهاي مختلف توليد مصنوعات فلزي مي‌باشد که مهمترين شيوه‌هاي توليد عبارتند از: متالوژي ژودر ، شکل دادن ، جوشکاري و ماشينکاري.انتخاب نوع روش توليد عمدتا به مسائل اقتصادي ، خواص فلزات ، زمان توليد ، اندازه ، شکل و تعداد قطعات مورد نياز بستگي دارد. به‌عنوان مثال ، فلزاتي که خاصيت پلاستيک کمي دارند يا قطعاتي که داراي اشکال پيچيده هستند، به روش ريخته گري شکل داده مي‌شوند.

مراحل مختلف متالوژي

اطلاعات اوليه
با گذشت زمان ، کشف روشهاي جديد استخراج و تصفيه فلزات ، شناسايي مشخصات ساختاري و فيزيکي مواد و فنون جديد شکل دادن و کاربر روي فلزات ، صنعت متالوژي به‌عنوان شاخه اي از علم جايگاهي مستقل يافت. امروزه علم متالوژي را به دو بخش کلي شامل متالوژي استخراجي و متالوژي صنعتي تقسيم مي‌کنند که اين دو بخش ، اخيرا در دانشگاهها نيز به‌عنوان گرايشهاي رشته مهندسي متالوژي انتخاب شده‌اند.
متالوژي استخراجي و شيميايي ، شامل جداکردن فلزات از سنگ معدن و تصفيه آنها (توليد فلزات) ، شناخت انواع کوره‌ها ، سوخت‌ها و فعل و انفعالات شيميايي مي‌باشد. اين گرايش ، انواع متعددي از روشها را در برمي‌گيرد که از جمله مي‌توان به کانه‌آرايي ، پر عيار کردن مواد معدني ، تشويه ، ذوب کردن ، تصفيه فلز مذاب و توليد شمش اشاره نمود.
متالوژي صنعتي ، شامل کاربر روي فلزات و مواد و تهيه محصول نهايي مي‌باشد. در اين گرايش همچنين خواص و مشخصات فيزيکي ، ساختاري و مکانيکي مواد نيز بررسي مي‌شوند. منظور از کار کردن روي فلزات ، روشهاي مختلف توليد مصنوعات فلزي است که مهمترين شيوه‌هاي توليد عبارتند از: متالوژي پودر ، شکل دادن ، جوشکاري و ماشينکاري.
انتخاب نوع روش توليد عمدتا به مسائل اقتصادي ، خواص فلزات ، زمان توليد ، اندازه ، شکل و تعداد قطعات مورد نياز بستگي دارد. به‌عنوان مثال ، فلزاتي که خاصيت پلاستيک کمي دارند يا قطعاتي که داراي اشکال پيچيده هستند، به روش ريخته‌گري شکل داده مي‌شوند. به‌منظور آگاهي بيشتر از نحوه انتخاب روش توليد و شناخت مسائل فوق ، روشهاي توليد مذکور به اختصار تشريح مي‌گردند.
ريخته‌گري
ريخته‌گري عبارت از شکل دادن فلزات و آلياژها از طريق ذوب ، ريختن مذاب در محفظه اي به نام قالب و آنگاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب مي‌باشد. اين روش ، قديمي‌ترين فرآيند شناخته شده براي بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است. اولين کوره‌هاي ريخته‌گري خاک رس ساخته شده است که لايه‌هايي از مس و چوب به تناوب در آن چيده مي‌شد و براي هوادادن از دم (فوتک) بزرگي استفاده مي‌کردند. بسياري از قالبهاي اوليه نيز از خاک رس ، خاک نسوز ، ماسه و سنگ تهيه مي‌شد.
شواهدي در دست است که چيني‌ها در حدود 700 سال قبل از ميلاد به ريخته‌گري آهن مبادرت ورزيدند. ولي يافتن قطعات ريخته شده از خرابه‌هاي شهر حسن‌لو در آذربايجان شرقي نشان دهنده توسعه اين فن در سال 900 قبل از ميلاد در ايران بوده است.
ريخته‌گري هم علم است و هم فن ، هم هنر است و هم صنعت. به ميزاني که ريخته‌گري از حيث علمي پيشرفت مي‌کند، ولي در عمل هنوز تجربه ، سليقه و هنر قالب‌ساز و ريخته‌گر است که تضمين‌کننده تهيه قطعه اي سالم و بدون عيب مي‌باشد. اين فن از اساسي‌ترين روشهاي توليد است، زيرا حدود 50 درصد وزني کل قطعات ماشين‌آلات به اين طريقه ساخته مي‌شوند.
براي ريخته‌گري ، از فولاد و چدن‌ها )فلزات آهني) ، برنزها ، برنج‌ها ، آلياژهاي آلومينيم و منيزيم و آلياژهاي منيزيم و روي (فلزات غير آهني) به‌عنوان مهمترين فلزات ريخته‌گري استفاده مي‌شود. معمولا روشهاي ريخته‌گري را به نام ماده سازنده قالب اسم‌گذاري مي‌کنند، مانند ريخته‌گري در ماسه که جنس قالب آن ، ماسه است. مهمترين روشهاي ريخته‌گري عبارتند از:
ريخته‌گري در قالب‌هاي موقت شامل ريخته‌گري در ماسه و در قالبهاي پوسته‌اي
ريخته گري در قالبهاي دائمي شامل ريخته‌گري در قالبهاي فلزي به روش گريز از مرکز
نوعي قالب ريخته گري در شکل (4) مشخص شده است.
متالوژي پودر
با آنکه از نظر تاريخي ، متالوژي پودر از قديمي‌ترين روشهاي شکل دادن فلزات مي‌باشد، اما توليد در مقياس تجارتي با اين روش ، از جديدترين راههاي توليد قطعات فلزي است. در دوران باستان ، از روشهاي متالوژي پودر براي شکل دادن فلزاتي با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان مي‌توانستند بوجود آورند، استفاده مي‌کردند. اولين بار در اوايل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشي مشابه آنچه امروزه بکار مي‌رود، با متراکم نمودن به‌صورت يکپارچه در آورده شد.
متالوژي پودر (متالوژي گرد) ، فرآيند قالب‌گيري قطعات فلزي از پودر در فلز (يا مخلوط پودر فلزات) توسط اعمال فشارهاي بالا مي‌باشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهاي فلزي ، عمل تف جوشي (سينتر کردن) در دماي بالا در يک اتمسفر کنترل شده ( گاز هيدروژن ، ازت ، هليم ) انجام مي‌گيرد که در آن ، فلز متراکم ، جوش خورده ، به‌صورت ساختمان همگن محکمي پيوند مي‌خورد.از جمله قطعاتي که بوسيله متالوژي پودر توليد مي‌شوند، مي‌توان به ابزار برش ، قطعات اتومبيل و قطعاتي در وسايل خانگي نظير ماشين لباسشويي ، کمپرسور يخچال و کولر ، تلويزيون ، ضبط وصوت و غيره اشاره نمود. امروزه موارد استمعال اصلي متالوژي پودر را به پنج قسمت تقسيم مي‌کنند:
آلياژ کردن فلزهاي غير قابل آلياژ ، مثلا ساخت نقاط اتصال و جاروبک‌هاي موتور از پودرهاي مس و گرافيت در صنعت برق
ترکيب کردن فلزها و غير فلزها ، نظير مواد اصطکاکي ساخته شده از مس ، آهن و آزبست
ترکيب کردن فلزهاي داراي نقطه ذوب بالا با يکديگر براي ريخته گري ، نظير تنگستن ، تانتاليم و موليبدن
ساخت قطعات فلزي با خواص عالي ، نظير ياتاقانهاي خود روانکار که به‌علت وجود شبکه اي از خلل و فرج پيوسته (توسط روغن پر شده در آنها) به خودي خود روغنکاري مي‌شوند
توليد قطعات ظريف و دقيق ، نظير بوش‌ها ، بادامک‌ها و چرخ دنده ها
فرايند كلي متالورژي پودر
متالورژي پودر روشي براي ساخت و توليد قطعات فلزي و سراميک است که اساس آن بر فشردن پودر مواد به شکل مورد نظر و تف‌جوشي آن است. تف جوشي در درجه حرارتي زير نقطه ذوب صورت مي‌‌پذيرد.متالورژي پودر بخشي کوچک ولي بسيار مهم از صنايع فلزگري مي‌‌باشد. اولين کاربرد متالورژي پودر براي توليد پلاتين با دانسيته کامل بود که در قرن 19 ميلادي صورت گرفت چون در آن زمان امکان ذوب پلاتين به دليل نقطه ذوب بالا وجود نداشت. در اوايل قرن بيستم فلزهاي دير گدازي مانند تنگستن، مولي بدن توسط روش متالورژي پودر شکل داده شدند. کاربيدهاي يمانيت و ياتاقانهاي برنزي متخلخل نسل بعدي قطعات متالوژي پودر بودند. به اين صورت قطعات متالوژي پودر در انواع صنايع مانند لوازم خانگي، اسباب بازي سازي و الکترونيک کاربرد پيدا نمود. آخرين کاربردهاي قطعات متالورژي پودر در صنايع خودرو سازي مي‌‌بود که موازي با رشد صنايع اتومبيل سازي رشد نمود به صورتي که امروزه بقاي صنعت متالورژي پودر در کشورهاي صنعتي بسيار وابسته به صنعت خودرو سازي مي‌‌باشد.در سال‌هاي 1950-1960 روشهاي نوين مانند فُرج پودر و ايزو استالين گرم در صنعت متالوژي پودر بکار گرفته شد. اين روشها با توليد قطعات با دانسيته بالا توان رقابتي قطعات متالوژي پودر را افزايش دادند.گرچه روش متالوژي پودر امکانات ويژه‌اي را جهت توليد بعضي قطعات خاص فراهم ساخته است، که توليد آنها از طريق روشهاي ديگر غير ممکن يا بسيار مشکل مي‌‌باشد ولي زمينه‌هايي که باعث فراگير شدن استفاده از اين روش گرديده است، عبارت‌اند از :

زمينه‌هاي اقتصادي

بهره‌وري انرژي
انطباق زيست محيطي
ضايعات بسيار پائين
متالوژي پودر تکنولوژيي است، پويا. در طول سالها عوامل موثر بر اين فن آوري بهبود داده شده‌اند به علاوه، توليد آلياژهايي جديد و مستحکمتر و فرآيندهاي توليد قطعات با دانسيته بالا مانند (Warm compaction، ايزو استالين گرم، فرج پودر، extrusion، Powders rolling، Incretion mounding Powders ) همراه با کنترل عالي بر زير ساختار هم چنين خصوصيت ذاتي فن آوري متالورژي پودر در توليد مواد مرکب ، امکان ساخت محصولاتي از مواد ويژه و سنتي را در طيف و توليدي و هم چنين گران بودن ابزار و تجهيزات توليد که ظرفيتهاي توليد کم را غير اقتصادي مي‌‌نمايد، از نقاط ضعف اين فن آوري در رقابت با ديگر فرآيندهاي توليد است. توجيه استفاده از روش متالوژي پودر بر اساس تيراژ توليد مي‌باشد. اين امر در استفاده از متالورژي پودر در صنايع اتومبيل سازي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.با وجود اينکه از نظر تاريخي متالوژي پودر از قديمي‌ترين روشهاي شکل دادن فلزات است، اما توليد در مقياس تجارتي با اين روش، از جديدترين راههاي توليد قطعات فلزي است. در دوران باستان از روشهاي متالوژي پودر براي شکل دادن فلزاتي با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان داشتند، استفاده مي‌شد. اولين بار در اوايل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشي مشابه آنچه امروزه بکار مي‌رود، با متراکم نمودن به صورت يکپارچه در آورده شد.متالوژي پودر فرايند قالب گيري قطعات فلزي از پودر فلز توسط اعمال فشارهاي بالا مي‌باشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهاي فلزي، عمل تف جوشي در دماي بالا در يک اتمسفر کنترل شده، انجام پذيرفته که در آن فلز متراکم، جوش خورده و به صورت ساختمان همگن محکمي ‌پيوند مي‌خورد. با توجه به گفته هاي بالا تکنيک برتر در متالوژي پودر از mime ميتوان نام برد. در روش MIM قطعاتي که تحت اعمال فشار شکل پذير نيستند، به صورت تزريق پودر و پليمر شکل ميگيرد.

زمينه‌هاي اقتصادي

بهره‌وري انرژي
انطباق زيست محيطي
ضايعات بسيار پائين
متالورژي پودر تکنولوژيي است، پويا. در طول سالها عوامل موثر بر اين فن آوري بهبود داده شده‌اند به علاوه، توليد آلياژهايي جديد و مستحکمتر و فرآيندهاي توليد قطعات با دانسيته بالا مانند (Warm compaction، ايزو استاليک گرم، فرج پودر، extrusion، Powders rolling، Incretion mounding Powders ) همراه با کنترل عالي بر زير ساختار هم چنين خصوصيت ذاتي فن آوري متالورژي پودر در توليد مواد مرکب، امکان ساخت محصولاتي از مواد ويژه و سنتي را در طيف وسيع از خواص با بالاترين کيفيت فراهم ساخته است.
با وجود تمامي مزيتهاي متالورژي پودر، محدوديت اين روش در اندازه و شکل قطعات توليدي و هم چنين گران بودن ابزار و تجهيزات توليد که ظرفيتهاي توليد کم را غير اقتصادي مي‌‌نمايد، از نقاط ضعف اين فن آوري در رقابت با ديگر فرآيندهاي توليد است. توجيه استفاده از روش متالورژي پودر بر اساس تيراژ توليد مي‌باشد. اين امر در استفاده از متالورژي پودر در صنايع اتومبيل سازي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.با وجود اينکه از نظر تاريخي متالوژي پودر از قديمي‌ترين روشهاي شکل دادن فلزات است، اما توليد در مقياس تجارتي با اين روش، از جديدترين راههاي توليد قطعات فلزي است. در دوران باستان از روشهاي متالوژي پودر براي شکل دادن فلزاتي با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان داشتند، استفاده مي‌شد. اولين بار در اوايل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشي مشابه آنچه امروزه بکار مي‌رود، با متراکم نمودن به صورت يکپارچه در آورده شد.
متالوژي پودر چيست ؟
ريخته‌گري دقيق چيست؟
موارد استفاده آنها:
متالوژي پودر شيوه‌اي نوين براي شكل‌دهي فلزات است و از جمله قابليت‌هاي آن تبديل مستقيم پودر به قطعات داراي شكل و ابعاد نهايي است. نگرش متالوژي پودر به قطعه‌سازي با روشهاي سنتي توليد قطعات متفاوت بوده و در اين تكنولوژي توزيع فازها و ريزساختارها قابل كنترل مي‌باشد. دامنة استفاده از متالوژي پودر بسيار گسترده بوده و در اين رابطه كافي است به زمينه‌هايي چون توليد رشته‌هاي لامپ، بوشهاي خود روانساز، متعلقات گيربكس اتومبيل.اتصالات الكتريكي،‌ المانهاي سوخت نيروگاههاي هسته‌اي، اجزاء ترميمي ارتوپدي، ‌صافي‌هاي دما بالا، مواد ضدسايش، اشاره شود. فعاليتهاي متالوژي پودر را مي‌توان به 3 بخش تقسيم كرد. در بخش اول كه به نام تكنولوژي پودر از آن ياد مي‌شود،‌ پودر موردنياز (دانه‌هاي ريز يك جامد كه بزرگترين بعد آنها كمتر از mm 1 است) فراوري مي‌شود كه شامل توليد، طبقه‌بندي، تعيين خواص متالوژيكي و بسته‌بندي در مرحلة دوم فعاليتهاي شكل‌دهي، مانند فشردن،‌ تفت جوش،‌ آهنگري و نورد و ستيزه كردن روي پودر صورت مي‌گيرد كه باعث مي‌شود پودرهاي فلزي در لايه‌هاي سطحي خود به يكديگر جوش خورده و شكل قالب را به خود بگيرند. كتاب متالورژي پودر تأليف راندال ژرمن ترجمه دكتر مجتبي ناصريان: ريخته‌گري دقيق به تكنيك‌هاي ريخته‌گري اطلاق مي‌شود كه در آنها سعي مي‌شود قطعات دقيق توسط ريخته‌گري تكميل شوند و پس از ريخته‌گري قطعه كامل با دقت و تلرانسهاي لازم توليد شود و نياز به عملياتهاي تكميلي مانند سنگ‌زني و تراشكاري نمي‌باشد مهمترين نياز ريخته‌گري دقيق توليد قالب‌، با دقت بالا و انبساط حرارتي كم و سطح پرداخت و انتقال حرارت مناسب مي‌باشد. از جمله كاربردهاي ريخته‌گري دقيق نمونه‌سازي سريع مي‌باشد كه تكنيك‌هاي سريع و پيشرفته‌اي را براي توليد قالب موردنياز از طرح بكار مي‌برند.
به طور خلاصه فرايند متالوژي پودر از:
متالوژي پودر فرايند قالب گيري قطعات فلزي از پودر فلز توسط اعمال فشارهاي بالا مي‌باشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهاي فلزي، عمل تف جوشي در دماي بالا در يک اتمسفر کنترل شده، انجام پذيرفته که در آن فلز متراکم، جوش خورده و به صورت ساختمان همگن محکمي ‌پيوند مي‌خورد.

صنعت متالورژي پودر

متالورژي پودر P/M يک روش بسيار پيشرفته براي توليد قطعات آهني و غيرآهني با قابليت اعتماد بالاست. با مخلوط کردن پودرهاي عناصر و يا آلياژهاي مختلف و سپس فشرده کردن آنها در يک قالب بوسيله پرس، شکل نهايي قطعه بدست مي آيد. در مرحله بعد، اين قطعه خام در يک کوره مخصوص با اتمسفر کنترل شونده گرما داده مي شود (يا به اصطلاح سينتر مي شود) و به اين ترتيب ذرات پودر به هم مي چسبند. از آنجا که در اين فرآيند هيچ براده اي توليد نمي شود، در قطعه نهايي بيش از 97% مواد خام اوليه مورد استفاده قرار مي گيرد. به همين خاطر در متالورژي پودر صرفه جويي زيادي در مصرف انرژي و مواد اوليه صورت مي گيرد.فرآيند متالورژي پودر يک فرآيند کم هزينه در توليد قطعات ساده و يا پيچيده در تعداد چندصدتايي تا چندهزارتايي در ساعت، با ابعادي با دقت بالاست. در نتيجه در بدترين حالت، يک فرآيند ماشينکاري جزئي بر روي قطعه مورد احتياج است. همچنين قطعات توليد شده ممکن است تحت عمليات سايزينگ )Sizing) براي دقيق تر کردن ابعاد و کوينينگ (Coining براي دقيق تر کردن( ابعاد، افزايش چگالي و استحکام قطعه قرار بگيرد.بيشتر قطعات توليد شده بوسيله متالورژي پودر کمتر از 2.3 کيلوگرم (5 پوند) وزن دارند، اگرچه مي توان قطعاتي با وزن 16 کيلوگرم (35 پوند) را هم بوسيله ماشين آلات متعارف متالورژي پودر توليد کرد. بسياري از قطعات اوليه اي که بوسيله متالورژي پودر توليد مي شدند، مانند بوش ها و ياتاقان ها، شکل هاي ساده اي داشتند، اما امروزه به دلايل اقتصادي بيشتر قطعات چند سطحي و با کانتورهاي پيچيده به کمک فرآيند متالورژي پودر توليد مي شوند.

قطعات متالورژي پودر در كمك فنر

شکل دادن
در فرآيند شکل دادن ، روشهاي مختلفي براي تهيه محصول به‌صورت شکل نهايي بکار برده مي‌شوند. اين روشها شامل نورد ، آهنگري ، اکستروژن ، کشيدن ، پرس‌کاري ، چرخشي ، چرخشي برشي ، انفجاري ، الکترومغناطيسي ، الکتروهيدروليکي و غيره مي‌باشند که برخي از مهمترين اين روشها در زير بررسي مي‌گردند.
نورد کاري (غلتک کاري)
قسمت اعظم فولادي که در کارخانه‌هاي فولادسازي به‌صورت شمش تهيه مي‌گردد، توسط دستگاههاي نورد به ورق ، تيرآهن ، تسمه‌هاي فولادي ، ريل ، انواع پروفيل ، لوله و سيم تبديل مي‌شود. دستگاه نورد بطور ساده و ابتدايي از دو غلتک استوانه‌اي که روي هم قرار گرفته‌اند، تشکيل شده است. استوانه‌هاي مذکور بوسيله موتورها در جهت عکس يکديگر حرکت دوراني نموده ، بدين ترتيب اگر شمش بين آنها هدايت گردد، استوانه‌ها آن را گرفته و از شکاف بين خود عبور مي‌دهند.در اثر اين عمل ، جسم پهن و طويل مي‌شود. با انجام اين عمل به دفعات و نزديکتر کردن استوانه‌ها به يکديگر ، سيم پهن تر ، نازکتر و طويل‌تر خواهد شد. محصولات نورد شامل ميل گرد ، ميل چهار و گوش ، تسمه باريک ، تيرآهن ، ناوداني ، ريل ، ورق و صفحه‌هاي فولادي با ضخامت‌هاي متفاوت ، لوله‌هاي بدون درز و با درز و با مقاطع دايره‌اي ، بيضي و چندضلعي مي‌باشند.
آهنگري (پتک‌کاري)
عمليات آهنگري توسط ضربه چکش يا دستگاه پرس انجام مي‌پذيرد. اين روش ، شامل کار بر روي فلز توسط چکش‌کاري يا پرس‌کاري تا حصول شکل نهايي با قالب يا بدون قالب است. چکش‌کاري به دو روش دستي و ماشيني قابل انجام است که امروزه اکثرا چکش‌هاي ماشيني بکار گرفته مي‌شوند. اين چکش‌ها با بخار يا هواي فشرده کار مي‌کنند و با اعمال ضربه‌هاي سنگين ، چکش‌کاري قطعات را انجام مي‌دهند.
براي ساخت قطعاتي چون محور کشتي‌ها ، ميل‌لنگ‌ها ، لوله‌هاي توپ ، ديگ‌هاي بخار و غيره توسط پرس‌کاري تهيه مي‌گردند. امروزه براي خم کردن وشکل دادن ورق در صنايع کشتي‌سازي و ماشين‌سازي نيز از پرس استفاده مي‌شود.
اکستروژن (حديده کاري)
اکستروژن ، فرآيندي است که بوسيله آن مي‌توان قطعات و اشکالي را توليد نمود که تقريبا با هر روش ساخت ديگري غير ممکن مي‌باشد. در اين روش ، فلز را تحت تاثير نيروي زياد وارد قالبي نموده ، به شکل مورد نظر (نظير لوله ، سيم و مقاطع مخصوص) بيرون مي‌آورند. آلومينيوم ، سرب ، روي ، قلع و برخي از فولادها از جمله موادي هستند که تحت فرآيند اکستروژن قرار مي‌گيرند.
کشيدن
کشيدن ، عبارت است از امتداد دادن و کشيدن ورق براي توليد اشکال با سطوح مختلف. در اين روش ، ورق فلزي حداقل در يک جهت فشرده مي‌شود. اين فرآيند مي‌تواند به‌صورت کشيدن قطعه از درون قالب (بر خلاف روش اکستروژن) انجام پذيرد و قطعاتي نظير لوله‌هاي بدون درز ، قطعات سقف اتومبيل ، پوکه‌هاي فشنگ ، ظروف حلبي و ماهي‌تابه‌ها به اين روش تهيه مي‌شوند.
جوشکاري
بطور کلي ، جوشکاري عمل اتصالات دادن قطعات فلزي به يکديگر توسط گرم کردن محل‌هاي تماس تا حالت ذوب يا خميري است که اتم‌هاي هر دو قطعه فلز در منطقه جوش در هم نفوذ کرده ، پس از سرد شدن اتصال محکم ايجاد مي‌نمايند. براي ايجاد حالت ذوب يا خميري ، انرژي‌هاي الکتريکي و شيميايي به‌عنوان منابع حرارت بکار برده مي‌شوند.براي تامين اين انرژي‌ها از ژنراتور يا اشتعال مخلوطي از گازهاي سوختني نظير استيلن ، هيدروژن ، گازهاي طبيعي ، بخار بنزين ، بنزول و اکسيژن استفاده مي‌گردد. بسته به نوع جوشکاري ، به ابزار ديگري نظير الکترود ، انبر جوشکاري ، ماسک ، مشعل ، کپسول گاز ، ميز کار ، پرده‌هاي حفاظتي و غيره نياز مي‌باشد. الکترود ، مفتول فلزي مي‌باشد که جنس آن به نوع فلز جوش‌دادني بستگي دارد.اطراف اين مفتول ، از ترکيبات شيميايي مختلف پوشيده شده است تا از نفوذ اکسيژن ، ازت ، هيدروژن به منطقه ذوب يا خميري جلوگيري کنند. فلزات مصرفي در الکترودها عموما انواع فولادها ، چدن‌ها و فلزات غير آهني مانند مس ، برنج ، برنز و آلومينيم مي‌باشند. جوشکاري و لحيم‌کاري از هنرهاي قديمي محسوب مي‌شوند و در زمانهاي گذشته توسط روميان براي اتصال ذرات طلا در زيور آلات بکار گرفته مي‌شدند.امروزه روشهاي جوشکاري متعددي در صنعت بکار برده مي‌شود که به چهار گروه جوشکاري فشاري ، جوشکاري ذوبي ، جوشکاري زرد و لحيم‌کاري تقسيم مي‌شوند. برخي از مهمترين اين روشها عبارتند از: جوش با قوس الکتريکي ، جوش گاز ، جوش آهنگري ، جوش القايي ، جوش مقاومتي ، جوش سيلاني و لحيم سخت و نرم.

ماشين‌کاري
فرآيند ماشين‌کاري عبارت از شکل دادن مواد توسط تراوش و برش مي‌باشد. اين عمل بوسيله ابزارها و ماشين‌هاي تراوش و برش انجام مي‌گيرد. مقدار قشري که از قطعه اوليه برداشته مي‌شود تا قطعه صيقلي و نهايي ايجاد گردد، اصطلاحا تراوش خور مي‌نامند. به‌منظور رعايت مسائل اقتصادي ، مقدار تراوش خور بايد حداقل باشد تا مصرف فلز و هزينه‌هاي تراشکاري کاهش يابد.در برش‌کاري )قيچي‌کاري) نيز براي برش و جدا کردن فلز از دو نيروي متقابل استفاده مي‌شود. اين نيروها ، توسط دو تيغه (با فاصله از يکديگر) اعمال مي‌شوند که با نيروي کافي موجب از هم‌گسيختگي و شکسته شدن فلز مي‌گردند. در ماشين‌کاري قطعات ، بر حسب نوع کار از ماشين‌هاي تراوش ، فرز ، مته صفحه تراش ، کله‌زني ، سنگ زني ، تيز کاري و سوراخ‌کن استفاده مي‌شود که معمولا اين قطعات ، خود محصول فرآيندهاي ريخته‌گري ، آهنگري ، نورد و غيره مي‌باشند.ماشين‌کاري فلز با وسايل تخليه الکتريکي پر فرکانس نيز فرآِيند نسبتا جديد است که به ميزان وسيعي بکار گرفته مي‌شود. اين روش ، براي ماشين‌کاري اشکال پيچيده و بريدن مقاطع نازک از نيمه‌هادي‌ها و آلياژهاي وسايل فضايي بکار مي‌رود.

عمليات ثانويه
مذاب خوراني
تخلخلهاي پيوسته درون قطعات PM با استفاده از فلزي كه نقطه ذوب پايينتري از دماي زينتر فلز اصلي دارد با مذاب خوراني پر مي شوند. براي مثال در مورد قطعات آهني از مس براي اين منظور بهره گيري مي شود. مذاب خوراني خواص مكانيكي و دقت ابعادي قطعه نهايي را افزايش مي دهد.
تزريق روغن
قطعات زينتر شده كه به محافظت بيشتري در برابر محيط نياز دارند با تزريق روغن و يا ساير مواد غيرفلزي مقاوم مي شوند. علاوه بر اين ياتاقانهاي خودروغنكار كه با تزريق روغن در داخل تخلخلهاي ياتاقان متخلخل توليد مي شوند نيز نمونه اي از اين عمليات مي باشند. اين نوع ياتاقانها تنها توسط روش متالورژي پودر قابل توليد هستند.
سايزينگ و كوينينگ
سايزينگ و كوينينگ فرآيندهاي پرسي اضافي هستند كه پس از زينتر روي قطعه انجام مي شود. هدف اصلي از انجام اين دو فرآيند رسيدن به دقت ابعادي و كيفيت سطحي بالا در قطعات توليدي مي باشد. فشارهاي متوسط براي انجام عمليات سايزينگ استفاده مي شود. كوينينگ علاوه بر افزايش دقت ابعادي وظيفه افزايش چگالي قطعه را نيز برعهده دارد. از يك پرس مي توان براي دو منظور فوق بهره گيري نمود.
عمليات بخار
در مورد قطعات آهني استفاده مي شود. با حرارت دادن اين قطعات تا دماي 550oC و سپس قرار دادن آنها در بخار آب لايه نازكي از Fe3O4 بر روي سطح خارجي و تخلخلهاي پيوسته دروني شكل مي گيرد. اين عمليات مقاومت به خوردگي، سختي و استحكام فشاري و سايشي قطعه را مي افزايد.
پرس مجدد
اين عمليات جهت كاهش ميزان تخلخلهاي موجود در ساختار قطعه و افزايش چگالي نهايي آن روي قطعه انجام مي شود. به تبع آن خواص مكانيكي و يا مغناطيسي قطعه بهبود مي يابد.
ماشينكاري
عملياتي نظير سوراخكاري، بند كشي و ماشينكاري سطحي براي اهدافي كه توسط قالب پرس ميسر نيست استفاده مي شوند.
پليسه زدايي
اين عمليات به منظور حذف پوسته ها و پليسه هاي ناشي از عمليات پرسكاري يا ماشينكاري مورد استفاده قرار مي گيرد.
اتصال دهي
قطعات بزرگ و پيچيده با اتصال قطعات كوچكتر قابل توليد هستند. روشهاي مختلف براي اتصال دهي عبارتند از پيوند نفوذي، لحيمكاري زينترشده و جوشكاري با ليزر.
عمليات حرارتي
عمليات سختكاري توسط كوئنچ و تمپر قطعه باعث افزايش استحكام و مقاومت سايشي قطعه مي شود اما چقرمگي آنرا كاهش مي دهد. عمليات كربورايزينگ و كربونيتريدينگ براي سختكاري سطحي نيز جزء اين دسته قرار دارند.
آبكاري سطحي
در مواقع لازم محافظت در برابر خوردگي توسط عمليات آبكاري روي قطعه صورت مي گيرد. قطعات با چگالي پايين قبل از آبكاري بايد مذاب خوراني شده و چگال گردند تا از ورود ماده الكتروليت به درون تخلخلها و حفرات قطعه و خوردگي ناشي از آن جلوگيري شود

سخن آخر

با جمع بندي مطالب ذکر شده مي‌توان چنين نتيجه گرفت که تقريبا غير ممکن است تصور کنيم هر شيئي که در زندگي روزمره بکار مي‌بريم، حاوي فلز نبوده ، يا نيازي به فلز براي ساخت و توليد آن نباشد. کليه اشکال حمل و نقل ، شامل اتومبيل ، کشتي ، هواپيما و قطار براي حرکت فلزات يا اجزا فلزي نيازمند مي‌باشند و تقريبا همه چيز از آسمان‌خراش‌ها ، ابزارها ، ماشين‌آلات و غيره تا توزيع الکتريسيته به فلزات وابسته است. به‌عبارت ديگر ، امروزه متالوژي در کليه صنايع نقش ايفا مي‌کند. لذا براي پيشرفت در تمامي صنايع ، کسب دانش وسيع و عميقي از مواد ، فرآيندها و ابزارهاي لازم براي تبديل مواد به محصولات تمام شده ، ضروري است.

منابع:

1- http://fa.wikipedia.org
2-http://iranwelding.blogfa.com
3- http://www.aryapm.com
4- http://daneshnameh.roshd.ir
5- http://www.smeir.ir
6- مجموعه مقاله‌هاي شانزدهمين سمينار سالانه جامعه ريخته‌گران ايران ناشرانتشارات جامعه ريخته گران ايران
7-Introduction to physical metallurgy by Avner
8- مهندسي عملي شكل دادن

/س