متالورژیست

[متالورژیست: منبع مهندسی متالورژی، مواد و نانوتکنولوژی‎]

متالورژیست

---

یک نوبت تزریق ذرات ریز نانو و کنترل ۱۰ روزه قند خون در بیماران مبتلا به دیابت Posted: 13 May 2013 10:57 PM PDT در يک کار گروهی بین اعضای دانشگاه کارولينای شمالی، انستیتو تکنولوژی ماساچوست و بیمارستان کودکان بوستون، محققين به فن آوری ساخت شبکه ای از ذرات ریز قابل تزریق نانو دست يافتنه اند که می تواند با توجه به بالا رفتن سطح قند خون در بیمار مبتلا به ديابت، انسولین را در خون ترشح کند.  خواندن ادامه مطلب »

You are subscribed to email updates from متالورژیست: منبع مهندسی متالورژی، مواد و نانوتکنولوژی To stop receiving these emails, you may unsubscribe now.	Email delivery powered by Google
Google Inc., 20 West Kinzie, Chicago IL USA 60610

[متالورژیست: منبع مهندسی متالورژی، مواد و نانوتکنولوژی‎]

متالورژیست

---

• خواص مكانيكی
• آهنگری پودر
• جوشكاري با پرتو الكتروني

خواص مكانيكی Posted: 15 May 2013 07:50 AM PDT تنش، كشش و قابليت الاستيكي Stress, Strain, and Elasticity خواص ميكانيكي فلزات شامل عكس العمل هاي الاستيكي فلزات بواسطه ي اعمال نيرو يا ارتباط بين تنش و تغيير طول نسبي آنان مي باشد. قبل از اين كه به بحث خواص مكانيكي بپردازيم، سه اصطلاح را كه براي درك دانشجو مهم هستند تعريف مي كنيم اين اصطلاحات عبارتند زا: تغيير طول نسبي والاستيسيته، اگر چه مردم تنش و تغيير طول نسبي را به جاي يكديگر بكار مي برند، ولي حقيقت اين است كه دو كميت را كاملاً با يكديگر متفاوتند. تنش تنش مقدار نيروئي است كه بر واحد سطح وارد مي شود و بر حسب پوند بر اينچ مربعي اندازه گيري مي گردد. تنشي كه باعث مي شود تا جسم كشيده شود به تنش كششي موسوم است. تنشي كه موجب كوتاهتر شدن طول جسم مي شود، به تنش فشاري و تنشي كه جسم را به لايه هاي متناوب تقسيم مي كند، به تنش برشي مشهور مي باشد. نيروهاي خمشي و نيروهاي پيچشي تنشهائي ايجاد مي كنند كه تركيبي از سه تنش فوق مي باشد. كشش (تغيير بعد) تغيير طول نسبي، مقدار درصد تغييراتي است كه در واحد طول به هنگام ازدياد يا كاهش طول نمونه رخ مي دهد و اندازه ي تغيير شكل حاصل از اثر نيرو را نشان مي دهد. تغيير طول نسبي را برابر است با: الاستيسيته (قابليت ارتجاعي) الاستيسيته در سال 1678 بوسيله رابرت هوك دانشمند معروف انگليسي بر اساس آزمايشهائي بصورت يك تئوري بيان گرديد. امروزه اين تئوري به قانون هوك معروف است. اين قانون را بدين صورت مي توان بيان كرد: مقداري كه يك جسم الاستيك خم و يا كشيده مي شود. ازدياد طول جسم (تغيير طول نسبي) با نيروي وارد بر آن (تنش) نسبت مستقيم دارد. بعداً دريافتند كه اين قانون فقط در حدود مشخص از تنشها صادق است. بالاتر از اين تنش نقطه اي وجود دارد كه حد الاستيك موسوم است. اگر ميزان بار از اين نقطه تجاوز كند جسم به طور دائم تغيير شكل مي دهد. در حقيقت حتي بارهاي كم نيز كاملاً اسلاستيك نيستند لذا بايستي از يك روش دلخواه براي تعيين حد الاستيك تجارتي استفاده كرد. استحكام (تاو) Strength استحكام همواره با قابليت پلاستيكي شايد مهمترين تركيب خواص يك فلز باشد. استحكام عبارتست از مقاومت جسم در برابر تغيير شكل ولي قابليت پلاستيكي به قابليت تغيير شكل جسم بدون آنكه بشكند گفته مي شود. براي اين كه كاملاً به ويژگي هاي استحكام فلز واقف باشيم، بايستي تعدادي از انواع استحكام يك فلز را بشناسيم. از انواع استحكام مي توان مقاومت كششي، مقاومت فشاري، مقاومت خستگي و مقاومت تسليم (رواني) را نام برد. استحكام كششي (تاوكششي)Tensie strength مقاومت كششي بيشترين نيروي كششي است كه جسم قبل از شكست تحمل خواهد كرد. اين مقدارمعمولاً براي استحكام يك ماده داده مي شود و واحد آن بر حسب پوند بر اينچ مربعن بيان مي شود. مقاومت كششي ماده را مي توان با آلياژي كاري، سردكاري، و گاهي اوقات بوسيبله ي عمليات حرارتي، افزايش داد. استحكام تراكمي (مقاومت فشاري) Compressive strength مقاومت فشاري، بيشتريين فشاري است كه يك ماده قبل از مقدار فشار تعيين شده جهت تغيير شكل تحمل مي كند. مقاومت هاي فشاري چدن و بتون بزرگتر از مقاومت هاي كششي شان هستند در صورتي براي اكثر مواد، اين موضوع كاملاً برعكس است. مقاومت (تاو) خستگي Fatigue strength مقاومت خستگي بيشترين باري است كه يك جسم مي تواند بدون شكست در برابر ضربه هاي متعدد برگشت بار تحمل كند. مثلاً يك ميله ي چرخان كه وزنه اي را نگهداري مي كند، نيروهاي كششي روي قسمت بالائي ميله و نيروهاي فشاري روي قسمت پائيني­اش وارد مي شوند. وقتي ميله مي چرخد، تنش هاي كششي و فشاري بطور متناوب تغيير مي كنند. از مقاومت خستگي در طرح بالهاي هواپيما و ساير قطعات اسكلتي كه در معرض بارهاي نوساني قرار دارند، استفاده مي كنند مقاومت خستگي به عواملي نظير ساختمان ميكروسكپي، حالت سطحي، محيط خورنده، كار سرد و غيره بستگي دارد. استحكامل تسليم (مقاومت رواني) Yield strength مقاومت تسليم حداكثر باري است ماده تغيير فرم معيني را از خود بروز مي دهد. اكثر محاسبات مهندسي ساختمانها براساس مقادير مقاومت تسليم استوارند تا مقادير مقاومت كششي. استحكام يك فلز به ساختمان داخلي آن، تركيب، عمليات حرارتي و درجه ي كار سرد مربوط مي شود. سختي Hardness سختي خاصيت اصلي يك ماده نيست ولي به خواص الاستيك و پلاستيك آن مربوط مي شود. بطور كلي، سختي جسم عبارتست از مقاومت به نفوذ آن. هر چه سختي بيشتر باشد مقاومت نفوذ نيز بيشتر مي شود. اين آزمايش سختي به سبب سادگي آن و نيز به اين علت كه چون مي توان آن را به سهولت به مقاومت كششي و تسليم فولادها ارتباط داد كاربرد وسيعي پيدا كرده است. آزمايشهاي سختي خراشي و يا سايشي گاهي اوقات براي موارد بخصوصي مانند آزمايش هاي سختي الاستيكي و يا ارتجاعي بكار مي روند. سفتي (چقرمگي) Toughness اگرچه روش مستقيم و صحيحي براي اندازه گيري سفتي فلزات وجود ندارد، ولي سفتي هر دو خاصيت قابليت كشش (قابليت مفتول شدن) و استحكام را در بر دارد و مي توان تعريف كرد كه سفتي عبارتست از قابليت يك فلز به جذب انرژي بدن آنكه بشكند. سفتي را مي توان بصورت سطح زير منحني تنش- تغيير طول نسبي بيان كرد. غالباً مقاومت به ضربه اي يك ماده را بعنوان نشانه اي از سفتي آن بحساب مي آورند. قابليت پلاستيكيPlasticity يكي از خواص بسيار مهم فلزات پلاستيكي آنها است. قابليت پلاستيكي عبارتست از قابليت تغيير شكل بسيار زياد يك فلز بدون آنكه بكشند. قابليت مفتول شدن يا انعطاف پذيري Ductility قابليت مفتول شدن عبارتست از قابليت پلاستيكي كه بوسيله ي يك ماده تحت نيروي كششي نمايش داده مي شود. اين خاصيت را با مقداري كه ماده مي تواند بطور دائم ازدياد طول پيدا كند، اندازه گيري مي كنند. اين قابليت به ازدياد طول موجب مي شود تا بتوان يك فلز را از يك اندازه ي بزرگتر بصورت يك سيم با اندازه ي كوچكتر كشيد. مس و آلومينيم قابليت كشش زيادي دارند. قابليت چكشخواري (چكش كاري) Malleability قابليت چكش كاري كه شكل ديگري از قابليت پلاستيكي است به قابليت تغيير شكل دائم يك فلز تحت نيروي فشاري بدون آنكه گسيخته شود، گفته مي شود. بخاط همين خاصيت است كه مي توان فلزات را به صورت ورقهاي نازك چكش كاري و نورد كرد. طلا، نقره، قلع و سرب از جمله فلزاتي هستند كه قابليت چكش خواري بالائي از خود نشان مي دهند. طلا قابليت چكشخواري استثنائي دارد و مي تواند بصورت ورقهاي نازكي كه براي عبور نور كافي است نورد شود. شكنندگي Brittleness شكنندگي خاصيتي است كه بر عكس قابليت پلاستيكي مي باشد يك فلز شكننده فلزي است كه نمي تواند بنحو قابل ملاحظه اي تغيير شكل دادئم بدهد، بعبارت ديگر، فاقد قابليت پلاستيكي است. فلزات شكننده، مانند فولاد كاملاً سخت شده، ممكن است قابليت پلاستيكي بسيار اندكي را از خود نشان دهند، لذا مي توان آنها را جزو گروه فلزات شكننده بحساب آورد، با وجود اين سختي مقياسي از قابليت پلاستيكي نيست. فلزات شكننده مقاومت به برخورد يا ضربه ي بسيار كمي دارند و بدون هيچگونه اخطار و علائم قبلي مي شكنند. ضريب انبساط خطي گرمايي Expansion Coefficient of Linear Thermal خواص فيزيكي فلزات خامي هستند كه به ساختمان اتم بستگي دارند و عبارتند از: وزن مخصوص، قابليت هدايت الكتريكي و گرمائي، ذوب، قابليت مغناطيسي، قابليت انعكاس و ضريب انبساط خطي. به استثناء بعضي موارد، جامدات وقتي گرم مي شوند، انبساط و وقتي سرد مي شود انقباض حاص مي كنند. جامدات نه تنها از لحاظ طول بلكه از لحاظ عرض و ضخامت نيز افزايش مي يابند. هر گاه يك جامد را يك درجه گرم كنيم ميزان افزايش واحد طول را ضريب انبساط خطي آن مي گويند. وزن مخصوص Specific Gravity بعضي مواقع لازم است كه زون مخصوص يك فلز را با فلز ديگر مقايسه كنيم. براي اين منظور، به يك استاندارد احيتاج داريم. آب استانداردي است كه فيزيكدانها براي مقايسه وزن مخصوص هاي جامدات و مايعات انتخاب كرده اند. بنابراين وزن يك ماده نسبت به وزن حجم مساوي از آب دانسيته ي مخصوص يا چگالي آن ناميده مي شود. نقطه ذوب Melting Point نقطه ي ذوب درجه حرارتي است كه يك ماده از حالت جامد به حالت مايع تبديل مي شود. براي يخ، اين نقطه 32 درجه ي فار نهايت است. موارد خالص نقطه ي مشخص دارند يعني آنها از حالت جامد به حالت مايع، بدون تغيير درجه ي حرارت تبديل مي شوند، به هنگام ذوب مقداري گرما جذب و به هنگام انجماد مقداري گرما آزاد مي كنند. وقتي ماده تغيير حالت مي دهد، جذب يا آزادي گرما به گرماي نهان آن معروف است. تبديل از يك مقياس درجه حرارت به مقياس ديگر بوسيله ي رابطه ي زير امكان پذير است. قابليت رسانايي الكتريكي و گرمايي Electrical and Thermal Conductivity قابليت يك فلز به سهولت هدايت الكتريسيته و گرما يكي از خصوصيات بارز آن محسوب مي شود. مقاومت به جريان برق از درون يك سيم به مقاومت آن سيم معروف است. بايستي در نظر داشت كه چندين عامل وجود دارند كه مي توانند مقاومت فلزات را اصلاح كنند. برخي از آنها عبارتند از: 1-مقاومت فلزات نسبت به جريان الكتريكي و گرمائي با درجه ي حرارت زياد مي شود. 2-مقاومت به جريان الكتريكي با ناخالصي ها و آلياژ كردن افزايش مي يابد. 3-سردكاري (تعيير شكل) فلز مقاومت الكتريكي را زياد مي كند. 4- رسوب از محلول جامد به هنگام عمل پير سختي مقاومت الكتريكي را زياد مي كند. 5- فلزات يك ظرفيتي (مس، نقره، طلا) و فلزات قليائي (ليتيم، سديم، پتاسيم، روبيديوم، سزيم) داراي مقاومت پائين و فلزات قليايي خاكي دو ظرفيتي (بريليوم، منيزيم، كلسيم، باريم، راديم) داراي مقاومت بالاتر و فلزات انتقالي (واسطه)، (نظير كبالت، نيكل، راديوم، روبيديم، سرب، اوسميوم، اريديوم و پلاتين) مقاومت بالائي دارند. هنگام عبور جريان از داخل يك هادي، مقاومت موجب آزاد شدن گرما مي شود و هر چه مقاومت بزرگتر باشد، حرارت بيشتري به ازاي عبور يك جريان معين آزاد مي گردد. براي گرم كردن الكتريكي به فلزات با مقاومت الكتريكي بالا مانند آلياژهاي نيكل و كروم نياز داريم. يك هادي خوب حرارت، مانند مس، اغلب براي مبدل هاي گرمائي، سيم پيچيهاي گرم كننده و آهن هاي لحيم كاري مصرف مي شود. ظروف آشپزخانه را معمولاً از آلومينيم مي سازند زيرا هدهايت گرمايي زياد داشته و در مقابل خوردگي ناشي از مواد غذايي مقاومت مي كند. حساسيت مغناطيسي Magnetic Susceptibility هر گاه جسمي را در ميدان مغناطيسي قرار دهيم، نيرويي بر روي آن اعمال مي شود. در اين حالت مي گويند كه جسم مغناطيسي مي شود. شدت مغناطيسي شدن به حساسيت K بستگي دارد و آن خاصيتي از فلز است كه به جنس ماده وابسته مي باشد. اكثراً مقدار K يك فلز با فلز ديگر فرق مي كند و بر حسب علامت و مقدار K آنرا به سه دسته تقسيم مي كنند: فلزات ديامانيتيك (دي مغناطيس): فلزهاي ديامانيتيك، فلزهائي هستند كه در آنها K كوچك و منفي است بنابراين بوسيله ي يك مغناطيسي خيل ضعيف دفع مي شود. نمونه هائي از اين فلز عبارتند از: مس، نقره، طلا و بيسموت. فلزهاي پارامانيتيك (فلزهاي پارامغناطيس): فلزهاي پارامغناطيس، فلزهائي هستند كه در آنها K كوچك و مثبت است. اكثر فلزها پارامغناطيس هستند كه از آن جمله مي تونان ليتيم، سديم، پتاسيم، كلسيم، استرنسيم، منيزيم، موليبدن، و تانتالم را نام برد. فلزهاي فرومانيتيك (فرومغناطيس): فلزهاي فرومغناطيس، فلزهائي هستند كه در آنها K بزرگ و مثبت است و شامل آهن، كبالت، نيكل و گادولينيم مي شوند. يكي از خصوصيات ويژه ي مواد فرومغناطيس اين است كه بعد از آنكه ميدان مغناطيسي برطرف شد، خاصيت مغناطيسي شان را حفظ مي كنند، لذا اين مواد قابليت مغناطيسي دائم شدن را دارند. قابليت بازتابش Reflectivity يكي زا خصوصيات برجسته ي فلز، جلاي فلزي آن است. اين رنگ سطحي ظاهراً به سبب انعكاس خاص نوري است كه به سطح آزاد فلز تابيده شده است. قابليت انعكاس (نسبت نور منعكس شده به نور تابيده شده) يك سطح فلز نه فقط به نوع ماده بلكه به خشني و صافي آن نيز بستگي دارد. قابليت مقاومت اكسيداسيون عالي و خصوصيات ويژه ي انعكاس گرمائي آلومينيم و فولادهاي باروكش آلومينيم، آنها را براي مصارفي نظير آسترهاي اجاق، بازتابنده حرارتي و المنت هاي حرارتي مطلوب ساخته اند.

آهنگری پودر Posted: 14 May 2013 11:57 PM PDT آهنگری پودر پروسه ای است که در آن پودر فلزات آماده به صورت زنیتر شده ، پیش زنیتر شده یا زنیتر نشده به حالت داغ در درون قالب های بسته شکل می گیرند . این پروسه اغلب اوقات به آهنگری متالوژی پودر ، شکل دادن داغ متالوژی پودر یا به سادگی می تواند به صورت شکل دادن پودری خلاصه شود . وقتی که عمل زنیتر شدن انجام شود ، اغلب پروسه به « آهنگری زینترینگ » مربوط می شود . آهنگری پودریک بسط طبیعی برای همان روش مرسوم فشردن و زینتر ( P/M ) است . که برای مدت زمان طولانی به عنوان یک تکنولوژی موثر برای تولید قطعات مختلف شبکه مانند ، یا نزدیک به شبکه بوده است . در واقع ، بخش متخلخل به وسیله آهنگری گرم به همراه مقداری دمش چگال می شود . آهنگری در معرض گرما انجام می شود ، و جمعاً در قالب دمای سر بسته است ، و در حقیقت هیچ جرقه ای تولید نمی شود . این برخلاف و در مقابل آهنگری فولادهای کار شده است . که در آن روش های اضافی کمابیش برای تغییر شکل و آهنگری استفاده می شوند و مقدار قابل توجهی از مواد به شکل جرقه از بین می روند . شکل ، کیفیت و توزیع خلل و فرج در قطعات متالوژی پودر و آهنگری پودر قویاً بر خواص مکانیکی آن ها تاثیر می گذارد . بنابراین آهنگری پودر ، یک تکنولوژی تغییر حالت است که به بالا بردن دانسیته قطعات متالوژی پودر و هم چنین مشخصات ذاتی آنها کمک می کند . دو روش اولیه برای آهنگری پودری در ذیل قید شده است . -        چکش کاری داغ که در آن پروسه تحت آزمایش توسط مقدار قابل توجهی از مواد جانبی قرار می گیرد . -        دوباره فشردن داغ ، که در طول متراکم شدن در جریان مواد اصولاً در جهت گیری و شکل گیری فشار اعمال می گردند .این شکل از متراکم سازی گاهی اوقات تحت عنوان عملیات دوباره داغ یا سکه زنی ، یا آهنگری داغ مرسوم شده است . این دو حالت شکل گیری و شرایط فشاری که به خلل و فرج تحمیل می شود . در چکش کاری داغ پودری ، جریان جانبی و خارجی غیر منبسط تشدید یافته ای از مواد منبع به یک حالت فشار در پیرامون حفره هایی است که ترکیب فشارهای عادی و خاص بیشتر شامل می شود . سوراخ یا حفره ی کروی شکل در جهت جریان خارجی پهن و وسیع تر می گردد . حرکت لغزشی آن نیز منجر به فشارهای برشی و سایشی می شود که منجر به شکستن هر نوع نوارهای اکسید باقیمانده در داخل می گردد . و نهایتاً پیوند متالوژیکی فوق العاده قوی میان فصل مشترک های حفره دار می شود . این امر منجر به مشخصات دینامیکی مانند چقرمگی شکست و کشش خستگی می شود . حالت فشار در طول شکل دهی پودری ، فشار مجدد داغ شامل یک تفاوت کوچک و جزئی بین فشارهای افقی و عمودی واقعی می گردد ، همین طور باعث حرکت مواد بسیار کوچک در جهت افقی می گردد و نهایتاً جریان خارجی را محدود کرده و یا کاهش می دهد . همان طوری که متراکم سازی پودری اهمیت دارد ، حالت فشار نیز به یک شرایط هیدرواستاتیک خالص نزدیک می باشد مثال بارزی که می توان برای آن مشاهده کرد ، همان متورم شدن و پهن شدن در ابعاد جانبی و ابعاد متضاد حفره است که تحت اعمال فشار به یکدیگر نزدیک می شوند . شکل دهی فشار مجدد داغ مستلزم فشار بالاتر آهنگری نسبت به چکش کاری داغ است که برای شکل دهی فشار مجدد داغ صورت می گیرد . و باید برای به دست آوردن تراکم قابل مقایسه انجام می شود . برای توضیح بیشتر باید کاهش اتمسفر جوی با یک پتانسیل ثابت کربن برای جلوگیری از فرآیند کربنیزه شدن را در این شرایط که به چکش کاری یا آهنگری حرارتی بستگی دارد اشاره کرد . هر نوع اجزاء باقیمانده از نوارهای اکسید شده که ممکن است در نتیجه ی کشش پذیری پایین و سختی پایین آن حاصل شده باشد . به طور کامل در مجموعه حذف می شود . این در حالی است که قطعات پودری یا ساخت پودر به طور اصولی در اتومبیل سازی کاربرد دارند جائیکه آنها با ریخته گری و آهنگری محصولات را وارد چرخه تولید می کنند ، هم چنین قطعات و اجزاء باقیمانده را مجدداً توسعه داده و برای وسائل راه سازی و حمل و نقل و نظامی به کار می گیرند . اقتصاد آهنگری پودر نیز توسط شماری از مولفان و طراحان مورد تحقیق و آزمایش صورت گرفته . برخی از موارد تاریخی نیز شامل این مبحث شده است که کاربردهای قدیمی و دیرینه داشته اند . متن زیر کاربرد قطعات آهنگری پودری را که در مقاله مذکور با منظور و هدف ریخته گری پودری مورد مقایسه قرار گرفته است نشان می دهد . همین طور مورد فوق با فن آوری های شکل دهی و ساختار متناوب و متنوع و دائمی از نظر هزینه ی محاسباتی نیز در نظر گرفته شده است . مباحث صورت گرفته پیرامون آهنگری پودر در این مقاله بیشتر پیرامون فروآلیاژها محدود شده است . هم چنین اطلاعاتی پیرامون شکل دهی آلومینیوم ، پایه نیکل و پودر تیتانیوم در مقاله مندرج شده و شکل دهی و ساخت پودر و آلیاژهای آلومینیوم را نیز تحت الشعاع قرار داده است : بنابراین « آهنگری آلیاژهای آلومینیوم » « آهنگری آلیاژهای پایه نیکل » و « آهنگری آلیاژهای تیتانیوم » را در این بخش توصیف می کینم . جزئیات اطلاعات پیرامون تمام مفاهیم متالوژی پودر در جلد 7 از نسخه ی 9 metals Handbook به طور کامل تعریف و تشریح شده است . ملاحظات و اطلاعات مواد : گام های اولیه تولید آهنگری پودری با استفاده از فشار متداول و زینترینگ و آهنگری و شکل دهی P/M مرسوم و انجام می شوند . مشخصات فیزیکی خاص و هم چنین خواص ویژه ای برای پودرهای به کار رفته در این پروسه ها لازم است به طور کلی پودرها بر مبنای شکل ذرات ، اندازه ذرات ، تراکم ذرات ، روانروی ، شیمی ، استحکام تر و قابلیت تحمل فشار تقسیم بندی می شوند . اطلاعات بیشتر در مورد انجام این آزمایشات بر روی پودرها در بخش « خصوصیات و آزمایشات پودر فلزات » در جلد 7 از ویرایش 9 کتاب metals Handbook در دسترسی است . ویژگی ها و خصوصیات پودری : شکل ، توزیع اندازه ، تراکم خاص ، روانروی و ترکیب از جمله خصوصیات بارز و مهم برای هر دو پروسه های آهنگری پودری P/M است . شکل ذرات در رابطه با قابلیت و توانایی آن ها در هنگام قفل شدن با ذرات دیگر در زمان فشردگی بسیار مهم و حائز اهمیت است . هم چنین اشکال اجزاء بی قاعده و نامنظم هم چون آن دسته از محصولاتی که توسط اتمایزینگ آب تولید شده اند به طور معمول مورد استفاده قرار گرفته اند . در قطعات P/M کیفیت سطح به توزیع اندازه ی ذرات بستگی دارد . در آهنگری پودری به هر حال ، کیفیت سطح کاملاً با ابزار آهنگری ارتباط مستقیم دارند . در این شرایط و برای حصول این امر باید حتی المقدور از پودرهای درشت برای آهنگری پودری استفاده شود . متاسفانه پتانسیل نفوذ بیشتر به اکسید سطحی ، وقتی که ذرات درشت تر می شود افزایش می یابد . درجات اعمال فشار حدود mesh-80 با میانگین اندازه ذرات در حدود قطر 75µm ( 0.003in ) می باشد . روانروی و تراکم خاص برای به دست آوردن سرعت پر شدن بیشتر قالب نیاز است . شیمی به کار رفته به یک اندازه که در فشرده سازی اهمیت دارد در تولید آلیاژ نهایی بیشتر موثر است . استحکام تر و قابلیت فشردگی در متالوژی پودر به عنوان فاکتور موثرتر و تاثیرگذارتری نسبت به آهنگری پودری در نظر گرفته می شوند . اگرچه که نیاز به بدست آوردن لبه و شیار با استحکام بالا در عملیات P/F است ، به طوری که آنها نسبتاً نازک و ظریف هستند و بخش هایی هستند که نیاز به استحکام تر بالاتری دارند ، به همین دلیل در شکل دهی و عملیات P/F هیچ نیازی به تراکم های بالا نمی باشد . و قابلیت فشردگی پذیری و تحمل فشار با پودرهای از پیش آلیاژ شده قابل حصول است به همین دلیل کربن پیش آلیاژی نمی شود زیرا در قابلیت فشرده سازی تاثیر فراوانی دارد . گسترش آلیاژ : بسیاری از مشاهدات نشان دهنده ی آن می باشند آهنگری مداوم مخلوط عناصر پودری منجر به پایین آمدن خواص مکانیکی می شود . مانند مقاومت خستگی ، مقاومت فشرده سازی و اکتیلیته این امر کاملاً ناشی از ناهمگنی متالوژیکی و شیمیایی است که در مواد تولیدی با این روش وجود دارد . برای غلبه بر این ، زمان های زیادی برای نفوذ یا حرارت عملیاتی بالاتری برای همگن شدن کامل مواد لازم است خصوصاً زمانی که عناصری مثل Ni استفاده می شوند . نمونه های آهنگری شده از پودر از پیش آلیاژی نشان دهنده ی سختی پذیری بالاتر نسبت به نمونه هایی از پودرهای تلفیقی آهنگری شده را نشان می دهند . پودرهای کاملاً از پیش آلیاژی شده توسط چندین سازنده تولید می شوند . هر جزء در این پودرها در هنگام ترکیب ، یک پارچه و یک شکل می باشد . از این رو ضرورت کم کردن نفوذ آلیاژی به میان می آید . خلوص پودر و طبیعت دقیق و شکل ناخالصی ها نیز کاملاً حائز اهمیت است . در یک قطعه فلز پودری معمولی تمام خواص به طور قابل توجهی نسبت به مواد خام معادل آن ، کمتر و پایین تر می باشند . تاثیر آخال ها تحت الشعاع تاثیرات حفره هاست . برای شکل دهی پودری به طور کاملاً متراکم و به عنوان یک شکل دهی معمولی ، تاثیر غیر قابل انکار خلل و فرج بر روی خصوصیات با شکل و طبیعت آخال های ناخالصی جایگزینی می شوند ( تاثیر خلل و فرج بیشتر است ) . دو اصول کلی مورد نیاز برای مواد آهنگری پودری قابلیت ایجاد سختی پذیری ، مناسب برای تامین کردن کشش و کنترل شرایط خستگی به وسیله شرایط زیر ساختاری مانند آخال هاست . سختی پذیری : عناصری چون منگنز – کروم و مولیبدن از نظر سختی پذیری بسیار مهم می باشند ، در حالی که نیکل این طور نیست چرا که از نظر هزینه آلیاژی کردن نیکل و مولیبدن در مقایسه با کروم و منگنز گران قیمت تر است . طبق این اصل ، مشخص است که آلیاژهای پایه کروم ، منگنز برای آهنگری پودری از نظر قیمت بیشترین کاربرد را دارند . به هر حال این امر برای چنین مقداری ضروری نمی باشد ، اگر چه این موضوع در این جا اهمیت ندارد ، زیرا که این مواد دارای استعداد اکسید شدن بالایی در طی فرآیند اتمایزینگ هستند . به علاوه در طی فرآیند پودر کردن ، حرارت بالایی برای از بین بردن لایه اکسیدی کروم و منگنز نیاز است و مراقبت ویژه ای در ادامه کار در مرحله آهنگری برای جلوگیری از اکسیداسیون مجدد نیاز است . چنانچه عناصر اکسید شوند ، آنها منجر به سختی پذیری نمی شود ، نیکل و مولیبدن دارای خصائص و ویژگی هایی می باشند که اکسید آنها در درجه حرارت زینترینگ کاهش می یابد . طراحی آلیاژ در نهایت باید طوری باشد که اکثر عملیات اتمیزه از پیش آلیاژی پودرها منجر بر استفاده از ترکیبات پایه نیکل و مولیبدن شود ، البته باید مقدار محدودی منگنز نیز در این ترکیب موجود باشد . ترکیبات سه نوع فولاد ، متالوژی پودری تجاری در ذیل فهرست و درج شده است : هزینه بالای نیکل و مولیبدن در راستای هزینه بالاتر متالوژی پودر مقایسه شده با مواد خام که غالباً توسط بهینه سازی مواد بالاتر و بهتر به ویژه در پروسه آهنگری پودری به حالت تعلیق در آمده است ، باید در نظر گرفته شود . اخیراً قطعات P/F از پودرهای آهن به اضافه مس ، گرافیت برای قطعاتی که نیاز به عملیات حرارتی ندارند یا موادی که با استفاده از فولادهای کم آلیاژ خواص کشش بالاتری را داده اند ، جواب داده است . جزئیات بیشتر در تولید و گسترش این آلیاژها در عملیات و کاربردهای شکل دهی پودری در قسمت قبلی اشاره شده است . تخمین زدن آخال ها : چون خواص آهنگری پودری مواد تقریباً نزدیک و یا متراکم کامل است قویاً متوسط ترکیب یا توزیع اندازه و محل قرارگیری آخال های غیر فلزی متاثر می شود یک روش برای تخمین زدن درصد آخال های پودر برای عملیات آهنگری پودری ( P/F ) توسعه یافته است نمونه هایی از پودرها که برای عملیات آهنگری در نظر گرفته می شوند ، پودرهای آهنگری شده دوباره فشرده شده هستند که تحت شرایط آزمایشگاهی دقیقاً کنترل می شوند . نتایج فشرده سازی مجدد کاملاً بخش بندی شده و برای آزمایشات متالوگرافی آماده می شوند . تکنیک تخمین آخال ها شامل استفاده از تجهیزات اتوماتیک آنالیزهای تصویر است . این دستاورد اتوماتیک بر مبنا اصول باز فرآوری و مولد زدایی دست یابد . در واقع ، یک آنالیز و تصویر شامل یک میکروسکوپ متالوژیکی با کیفیت خوب به یک دوربین فیلم برداری ، یک صفحه نمایشگر ، یک صفحه کلید ، یک ریزپردازنده ( میکروپروسسور ) و یک چاپگر است . یک تصویر ویدئویی به وسیله مشخصات سطح خاکستری آن و به رنگ های سفید و سیاه و با مقیاس بسیار رقیق باید موجود و در دسترس باشد . درجه شناسایی سطحی می تواند به تفاوت تعیین مقدار ، میان اکسیدها و سولفیدها باشد . در مقایسه با فولادهای کار شده تنها مقدار محدودی از جریان مواد در ترکیبات آهنگری شده پودری ظاهر می شوند . دیگر آخال های معمول در فولاد کار شده در مواد آهنگری شده پودری دیده نمی شوند . آلودگی پودر آهن : پودرهای فولاد کم آلیاژ اتمایز شده با آب به طور کلی تولید و در یک طرح عملیاتی ، پردازش شده اند و هم چنین تولید پودرهای آهن خالص می کنند . در روزهای اولیه پیشرفت و گسترش آلیاژسازی زمانی که پودر آلیاژ تولیدی محدود شده باشد ، این روش ها منجر به کم شدن آلودگی در پودر می شود . مراقبت هایی لازم است به عمل آید تا آلودگی کلی و آلودگی پودر آهن از پودرهای کم آلیاژی به کمتر از % 1 برسد . مطالعات نشان داده است که برای سخت کاری کامل « آلودگی پودر آهن تا % 3 تاثیر بسیار کمی بر روی استحکام و راکتیلیته مواد پودری آهنگری شده دارد » . عملیاتی که برای تخمین مقدار آخال استفاده شد نیز می تواند برای تعیین مقدار ذرات موجود پودر آهن استفاده شود . نمونه به آرامی با محلول %2 نایتال پیش اچ می شود . اچ اولیه توسط محلول آبی تیوسولفات سدیم و متابیوسولفات پتاسیم انجام می شود . این روش ذرات آهن را سیاه و تیره می کند و باعث سبک شدن شبکه های کم آلیاژی می شود . نمونه های اچ شده با میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی x 100 مشاهده می شوند . که تمام نقاط حتی نقاط تا زیر شعاع 252 بزرگنمایی شده اند و می توان اجزاء میان ساختاری آهن را با تفکیک زمینه های آن تا ده بار تشخیص داد ، 2250 بار بزرگنمایی صورت گرفته که می توان درصد آلودگی آهن را مشخص کرد . ملاحظات و دستورالعمل پروسه : گسترش یک سیستم عملی آهنگری پودری نیازمند ملاحظه بسیاری از پارامترهاست از قبیل : مکانیکی ، متالوژیکی و سود اقتصادی که بستگی به شرایط عملیاتی مانند دما ، فشار ، سیالیت ، سرعت تغذیه ، اتمسفر و سیستم های روانکاری دارد . ملاحظات کاملاً مساوی و برابر نیز باید به نوع تجهیزات پروسه مانند ، پرس ها ، کوره ها ، قالب ها و ماشین های روباتی و عملیات ثانویه ، برای به دست آوردن شرایط بهتر انجام پروسه اعمال شود . این قابلیت به وسیله بهینه کردن خط تولید پروسه به دست می آید . مثال هایی برای تجهیزات موثر برای پیش شکل دادن ، زینترینگ ، دوباره حرارت دادن ، آهنگری و سرد کردن کنترل شده در متن بررسی می شود پیش شکل دهی : عملکرد تولید با اضافه کردن مخلوطی از پودر فلزی ، روان سازها و گرافیت طراحی شده است . فشرده سازی اکثراً در پرس های P / M که از قالب های سر بسته استفاده می کنند انجام می شود . برای اجتناب از نیاز به خارج کردن روان سازها توسط حرارت ، عملیاتی می تواند بدون اضافه کردن روانسازها و در پرسی ایزواستاتیک انجام شود . به هر حال اگرچه وزن و توزیع تراکم آن ها یکنواخت است ، فشار و سرعت تولید محدود پرس های ایزواستاتیک به مقدار زیادی عملکرد آن ها را برای P / F محدود کرده است . کنترل وزن و در خلال اجرای این عملیات یکی از اصولی ترین مراحلی است که در تولید و ایجاد تمام متراکم کلی باید لحاظ شود و همچنین در نهایت حداکثر عملیات در مناطق بحرانی ترکیب آهنگری شده باید در نظر گرفته شود . وزن اضافی در هر منطقه از عملیات ممکن است باعث فشارهای بیش از حد بار مجاز باشد که همین امر باعث شکستن ابزار آلات شود . طراحی موفق عملکرد توسط اصول اولیه و روش های آزمون و خطا به دست آمده و منجر به پیشرفت و گسترش در کار شده است ، به کارگیری تجارب دوره ای برای ارزیابی شکل اولیه نیز بسیار حائز اهمیت است . اخیراً ، طراحی به کمک کامپیوتر ( CHD ) برای طراحی اجزا به کار گرفته می شود . طراحی عملکرد به طور اصولی به طراحی و ابعاد ابزار بندی اهنگری همچنین به نوع پرس آهنگری و پارامترهای پروسه آهنگری بستگی داشت . در میان متغیرها و نوسانات باید به عملکرد ابزراها ، توجه و ملاحظه دقیقی اعمال کرد که از جمله : -        درجه حرارت بیرون انداختن قطعات آهنگری شده . -        شرایط روانکاری بر نیروهای فشرده سازی بیرون راندن و دمای ابزار تاثیر دارد . -        زمان انتقال و کنترل عملکرد از کوره پیش گرم شده تا شیار قالب آهنگری . -        درجه حرارت ، که دما ، درجه حرارت قالب ( قالب گیری ) و در زمان قابل کاربرد ، درجه حرارت هسته آهنی را مهیا می کند . طراحی دقیق عملکرد نه تنها شامل داشتن مقدار دقیق مواد در مناطق مختلف از پروسه است بلکه با جریان مواد بین مناطق و جلوگیری از شکست و نقایص همراه است . مثال برای تاثیر عملکرد و شکل هندسی ، بر رفتار آهنگری می تواند از فرضیه  C .L . Downey  وH . A . kuhn  اقتباس شده باشد . نتایج حاصله از شکل گیری معیوب حاصل شده است که منوط بر خرد شدن و شکاف دار شدن در قسمت و ردیف خارجی جریان فلز است که پیرامون سوراخ های بالایی محصول ساطع و منتقل شده است . این وضعیت به این دلیل است که تغییر شکل دادن اتفاق می افتد و این تغییر شکل در راستای قطر است ، هنگامی که جریان فلز تقریباً به گوشه ها می رود ، حتی اگر یک فشردگی محوری به کمک جیران این کشش آمده باشد این اعوجاج انجام می شود . برای اجتناب از این نوع شکاف می توان از روشی استفاده کرد که به وسیله آن قالب ها بدون هیچ راه عبور در قطر خارجی پر می شوند ، همان طور که در روش 1 و 3 مشهود است . روش 3 رد می شود زیرا این روش بسیار شبیه اکستروژن توپی است ، و این ممکن است منجر به شکاف در بالای سطح توپی شود . تعبیر تعدادی راهگاه بین قطری در این روش و استفاده از مندرال می تواند از این نوع شکاف جلوگیری می کند . روش 1 بر این مشکلات غلبه کرده است . استفاده از این روش باعث تخریب قطعات اضافی می شود ، زمانی که با استفاده از دیگر روش ها شکاف ها توسعه بیشتری پیدا کرده اند . زینترینگ و دوباره حرارت دهی : اجرای این روش ها ممکن است مستقیماً از کوره زینتر بر آهنگری باشد ، زینتر شده دوباره حرارت دادن و آهنگری یا زینترینگ و سپس پروسه آهنگری لازمه اصلی برای زینترینگ در سیستم های آهنگری پودر آلیاژی شامل : حذف روانساز ، حذف اکسیداسیون ، نفوذ کربن ، زیاد شدن برخورد اجزاء و حرارت دادن برای تراکم سازی داغ ، کاهش اکسید و نفوذ کربنی بیشترین تاثیر را در عملیات های زینترینگ دارد . برای آهنگری بیشتر پودرهای فرو آلیاژی ، زینترینگ در دمایی در حدود oC1120 ( oF 2050 ) در اتمسفر کاتدی محافظ به همراه پتانسیل کربن برای جلوگیری از دی کربوره کردن انجام می شود . زمان مورد نیاز برای زینترینگ بستگی به تعداد مراحل زینترینگ برای پاکسازی روانسازها ، نفوذ کربن کاهش اکسید و نوع تجهیزات مورد استناد برای زینترینگ دارد . زینترینگ متالوژی پودر اولیه به طور معمول در oC1120 برای 20 تا 30 دقیقه اعمال می شود . این شرایط ممکن است برای کمک به نفوذ عناصری مانند Ni و Cu استفاده شوند : در سیستم از پیش آلیاژ شده برای آهنگری پودری تنها نفوذ کربن معمولاً مورد نیاز می باشد و همچنین مشاهده شده است که زمان مورد نیاز برای نفوذ کربن و کاهش اکسید تقریباً 3 دقیقه در دمای oC1120 می باشد . این شرایط در شکل 9 به طور کامل ترسیم شده است . افزایش درجه حرارت البته منجر به کاهش زمان مورد نیاز برای زینترینگ به وسیله کاهش بیشتر اکسید و افزایش نفوذ کربن خواهد شد . فولادی های کروم – منگنزدار ، در مورد کاربرد چار محدودیت هستند زیرا برای کاهش اکسیدهای آن ها دمای بیشتری و همچنین مراقبت بیشتری برای اجتناب از اکسیداسیون مجدد نیاز دارند . هر یک از کوره هایی که برای زینترینگ قطعات P / M به کار می روند از قبیل کوره های خلاء ، فشاری ، تسمه نقاله ای ، بوته ای گردان ، کف گهواره ای ، اجاق غلتکی و تک باری و جعبه ای و ممکن است برای زینترینگ یا دوباره حرارت دادن در روش های P / F کاربرد داشته باشند . پاکسازی از آلاینده ها می تواند در هر کدام از این نوع کوره ها یا در کوره پاکسازی جداگانه ای قبل از ورود به کوره زینترینگ انجام شود . عموماً کوره های تسمه نقالی ای ، بوته ای گردان و تک باری ، جعبه ای برای زینترینگ و دوباره گرم کردن استفاده می شوند . اگرچه انتخاب کوره زینترینگ کاملاً بنا بر شرایط زیر است : -        موادی که آهنگری شده اند -        اندازه و وزن قطعات -        اصول پروسه آهنگری ( زینتر / دوباره حرارت دهی ) -        درجه حرارت آهنگری -        توانایی های اتمسفری -        توانایی های پاکسازی -        ظرفیت بارگذاری کوره / سرعت زینترینگ -        زمان زینترینگ -        روباتیک بودن عملیات زینترینگ ممکن است مستقیماً از کوره زینترینگ به آهنگری بیانجامد ، که در درجه حرارت های پایین تر پایدار و شکل دهی می شوند یا تا درجه حرارت اتاق سرد می شود ، دوباره حرارت داده می شود و آهنگری می شود . همه سرد کردن ها ، پایداری های حرارتی و دوباره حرارت دادن باید در زیر اتمسفر محافظ و بدون اکسیداسیون باشد . کوره های ایستایی اغلب برای دوباره حرارت دادن اشکال هندسی هم محور به درجه حرارت آهنگری به کار می روند ، زیرا زمان کمی برای گرم کردن این مواد لازم است . مشکلاتی نیز ممکن است برای به دست آوردن حرارت یکنواخت در اشکال هم محور به خاطر تغییرات ضخامت در بخش های مختلف وجود دارد . آهنگری پودری : شامل حذف مواد گرم شده از کوره است که این کار توسط روبات ها با مهارت خاص انجام می شود و آن ها را در فشارهای بالا در شیار قالب برای آهنگری قرار می دهند ( فشار ( mpa ) 965 – 650 یا ksi 140 – 100 ) . پیش شکل دهی ممکن است شامل پوشش گرافیتی برای جلوگیری از اکسیداسیون در طی دوباره حرارت دهی و انتقال به قالب آهنگری باشد . اینگونه قالب ها اساساً از فولادهای کار شده داغ همچون مدل های AISI ، 13H یا 121H ساخته می شوند ، روانکاری قالب و پانچ ها معمولاً توسط اسپری کردن و افشاندن با یک محلول سوسپانسیون آب – گرافیت به درون شیار قالب صورت می گیرد ، پرس های آهنگری عموماً در آهنگری عادی به کار می روند که شامل چکش ، ماشین شکل دهنده با سرعت و انرژی بالا ( HERF ) پرس های مکانیکی ، پرس هیدرولیک پرس پیچی ، که برای کاربرد در آهنگری پودری به کار گرفته شده اند . خصوصیات اصلی که با پرس های دیگر وجه تفاوت و متمایز است : به زمان تماس ، شتاب ضربه ، انرژی و بار موجود ، سفتی و دقت در ضربه زدن بستگی دارد . پرس های مکانیکی گردان به خاطر ضربه های کوتاه وسریع با مدت زمان تماس کم ، دقت در ضربه زدن آن ها اکنون بیشترین استفاده را دارند . پرس های هیدرولیکی برای کاربردهای g/cm3 7/7 . کوره تراکمی کارآئی دارد برای شروع محدوده تراکم و پرس های پیچی آماده می شوند زیرا هزینه کمتر و زمان های تماس کمتری را شامل می شوند . اطلاعات بیشتر در مورد تجهیزات آهنگری در این نوشته ها « چکش ها و پرس های آهنگری » و « انتخاب تجهیزات آهنگری » در این جلد در دسترس است . جریان فلز در آهنگری پودر : برخی از مشکلات که در آهنگری پودر با آن روبرو هستیم و دلایل احتمال آن ها در جدول 1 توضیح داده شده اند . این مشکلات ناشی از زینترینگ اولیه و تجهیزات دوباره حرارت دهی و مراحل تغییر شکل توضیح داده شده در زیر پردازش شده اند . زوایای شیب قالب ، هنگامی که آهنگری آسان باشد و قطعه در این آهنگری عادی بیرون انداخته شود . تنها برای قطعات پودری آهنگری شده محدود شده اند . این بدان معناست که نیروهای بیرون راندنی باید بزرگتر ا ز% ( 20-15 ) ظرفیت پرسی برای آهنگری پودرها نمونه های ساده باشند . اگرچه ، محدودیت زوایای شیب قالب به قطعات P/F به عنوان این اجازه را می دهد که تقریباً به شکل شبکه درآیند شکل 15 نشان دهنده نیروهای بیرون راندن لازم برای تجهیزات P/F به عنوان عملکردی برای کم کردن خلل و فرج و مهیا کردن دمای مناسب است برای بهینه کردن عملیات آهنگری پودری ، پرس های آهنگری استاندارد باید به کار برده شود تا بیرون راندن قویتر انجام شود . رفتار تغییر شکل مواد حفره دار زینتر شده با مواد کار شده تفاوت دارد زیرا مواد حفره دار در طی عملیات آهنگری متراکم می شوند . در نتیجه ، مواد حفره دار ظاهراً سرعت کار سختی بالاتری نسبت به قطعات کار شده دارند . کار سختی با m نشان داده می شود که می تواند در حالات حقیقی دیاگرام تنش – کرنش مشخص شود :    ( Eq.10 )          δ = kεm در اینجا δ ، تنش حقیقی ، ε کرنش حقیقی و k ثابت تناسب است . یک رابطه تجربی نیز میان m و ρ ( دانسیته ) برای آهنی ها نشان داده شده که : ( Eq.2 )             m = 0.31ρ-1.91 در اینجا ρ توصیف کننده تراکم مواد بدون حفره است . در اینجا m برای آهن خالص 31/0 و برای آهن متخلخل بستگی به نوع و شکل کار سختی دارد نتیجه گیری نهایی : برای تراکم مواد متخلخل در طی تغییر شکل تاثیر نسبت پواسون است . نسبت پواسون مقیاسی برا ارزیابی رفتار جریان جانبی مواد ؛ برای فشرده سازی سیلندر که با Єd نشان داده می شود و توسط کرنش در ارتفاع ( - Єz ) جداسازی می شود . برای مواد عاری از حفره ، نسبت پواسون برای تغییر شکل پلاستیک 5/0 است ( 5/0 = v ) این نتیجه مستقیم این واقعیت است که حجم مواد باقی مانده در طی تغییر شکل ثابت است . برای مثال ، معادله حجم یک سیلندر را قبل و بعد از تغییر شکل ملاحظه می کنید . ( Eq.3 )        Ho [(π Do2) / 4 ] = Hf [(π Df2) / 4 ] در اینجا Ho و  Hf، ارتفاع اولیه و نهایی سیلندر است ، و Do و Df قطر اولیه و نهایی به دست آمده هستند . ( Eq.4 )        Ho / Hf = ( Df / Do )2 ( Eq.5 )        ln ( Ho / Hf ) = ln ( Df / Do )2 = 2 ln (Df / Do ) ( Eq.6 )         - Єz =2 Єd یا و از نسبت پواسون داریم :                                                    ( Eq.7 )         v = - Єd / Єz = 0.5 در طی فرآیند تغییر شکل فشاری پودر فلزات زینتر شده ، بعضی مواد به درون حفرات می روند و باعث افزایش حجم می شوند . برای کسر ارتفاع داده شده ، قطر سیلندر P / M زینتر شده از قطر سیلندری که دارای مواد بدون حفره است کمتر گسترش می یابد . بنابراین ضریب پواسون برای P / M کمتر از 5/0 می شود و تابعی از کم شدن حجم حفره ها کار می کرد . آقای H.A.kuhn یک رابطه تجربی را میان تراکم و ضریب پواسون ارائه داد : ( Eq.8 )         V = 0.5 ρa مناسب ترین اطلاعات به دست آمده با 92/1 = a برای تغییر شکل در دمای اتاق و 0/2 = a برای تغییر شکل داغ است . تفاوت نسبی در این جا ناشی از کار سختی است . در پروسه تغییر شکل مواد ، تئوری پلاستیته برای محاسبه ی فشارهای آهنگری و توزیع تنش مفید است . رفتارهای ذکر شده ی بالا در رفتار تغییر شکل مواد متخلخل زینتر شده در منطقه پلاستیک اتفاق می افتد . به دست آوردن آنالیز کارکرد فرآیندهای متخلخل بسیار سودمند است . افزایش نسبی در نیروی لازم برای تراکم سازی در oc 900 منجر به انتقال فازی از آهن α ( bcc ) به آهن γ ( Fcc ) می شود . در این محدوده دمایی تنش موجود در γ بیشتر از تنش موجود در α است . اگرچه در دمای آهنگری ( oF 2065 – 1830 یا oc 1130 – 1000 ) مواد به طور کلی آستنیت هستند ، تنش موجود در γ در ( oF 2010 ) oc 1100 کمتر از α در دمای ( oF 1560 ) oc 850 است . در فشار جریان مشابه و کمتر ، که در مواد از پیش آلیاژی شده و آزمایش شده مشاهده شده است . کربن موجود در محلول باعث توزیع دگرگونی فازی می شود و تنش موجود بستگی به مشخصات وابسته فریت و آستنیت در زیر ساختار دارد . به منظور حصول هر نوع از فوائد ناشی از فشار جریان کم ، عملیات ترمودینامیکی که شامل اضافه کردن گرافیت است انجام می شود ، این کار باید به گونه ای باشد که گرافیت در محلول نشود . حتی چنانچه تحت چنین شرایطی نیز نباشد در اطلاعات گزارش شده توسز O.Grinder , Q.Jiaz hong و Y.Nilsson خواص مکانیکی در مواد آهنگری شده با درجه حرارت پایین کمتر از مواد آهنگری شده با درجه حرارت بالا است . آهنگری در درجه حرارت پایین منجر به کامل نشدن تراکم ، و این باعث کم شدن خواص مکانیکی می شود . آقای G.Bockstiegel و H.Olsem وابستگی مشابهی را برای دانسیته آهنگری و درجه حرارت عملیات کشف کردند . آنها اشاره داشتند که وجود گرافیت آزاد ممکن است مانع تراکم شدن شود . در طی عملیات حرارتی مناسب ، زمانی که گرافیت وارد محلول می شود ، می تواند باعث ایجاد خلل و فرج شود ، که باعث کم شدن خواص مکانیکی مواد می شود . جریان مواد ممکن است باعث شکسته شدن کوره شود . این ها ممکن است به دلیل تماس های ابزار آهنگری و عملیات تغییر شکل باشد . مشکلات شکست کوره ممکن است به وسیله ی تغییر ابعاد یا شرایط روانکاری تغییر کند . مانع اصطکاکی در فصل مشترک میان این فرآیند و قالب آهنگری ممکن است با اندکی تنش ناخواسته باعث شکست شود . انواع مخلتف شکست در قطعات آهنگری پودری شامل : -        شکست سطح آزاد -        شکست سطحی قالب تماس -        شکست داخلی تولید متالوژیکی آهنگری صوتی نیازمند محافظت و محدود کردن شکست است . یک نمونه بسیار عالی از این موضوع در بخش 44 ، 47 ، 57 ، 58 ارائه شده است . طراحی ابزار : به منظور تولید ترکیبات آهنگری شده ، صوتی ، ابزار آهنگری باید به صورت ذیل طراحی شوند : -        درجه حرارت عملیاتی -        درجه حرارت قالب -        فشار آهنگری -        کرنش الاستیک قالب -        کرنش الاستیک -        پلاستیک آهنگری -        درجه حرارت قسمت بالای بیرون انداز -        کرنش الاستیک آهنگری قسمت بالایی بیرون انداز -        انقباض قسمت های آهنگری شده در طول سرد کردن تلرانس ابعاد قسمت های به خصوصی می تواند فقط هنگامی که پارامترهای بالا در نظر گرفته شوند به دست آید . اگرچه هنوز مقداری انعطاف پذیری در کنترل ابعاد قطعات آهنگری شده حتی بعد از اینکه ابعاد قالب انتخاب شد وجود دارد . پیش شکل دهی بیشتر بیرون انداز با دمای بالاتر منجر به انقباض زیادی در طی فرآیند سرد کردن می شود . زیاد شدن درجه حرارت قالب باعث گسترش شیار قالب و هم چنین افزایش اندازه قطعات آهنگری می شود . بنابراین چنانچه شکل گیری ها تحت اندازه ی خاص و تحت شرایط خاص صورت گیرد . حرارت پیش گرم عملیاتی کمتر و یا پیش گرم بیشتر قالب می تواند برای تولید قطعات بزرگتر به کار گرفته شود . از سوی دیگر ، اگر قطعات آهنگری شده بیش از اندازه بزرگ شوند ، دمای پیش گرم می تواند بالاتر و یا دمای قالب برای رسیدن اندازه قطعات به اندازه مطلوب پایین بیاید . عملیات ثانویه : به طور کلی ، عملیات ثانویه می تواند در اجزاء معمولی به کار گرفته شود ، مانند صاف کاری و ساچمه زنی ممکن است در قطعات پودری آهنگری شده به کار رود . متداولترین کاربرد عملیات ثانویه شامل پرداخت سطحی ، عملیات حرارتی ، ماشین کاری است . قطعات آهنگری شده پودری ممکن است نیاز به پرداخت سطحی یا ماشین کاری برای از بین بردن مقدار محدودی که در بیان پانچ و قالب شکل می گیرد ، داشته باشند . این عملیات نسبت به عملیاتی که برای آهنگری قطعات کار شده است . کمتر گسترش یافته است . عملیات حرارتی محصولات P/M همانند ، همانی است که برای مواد با ترکیبات مشابه انجام می شود . متداولترین روش عملیات حرارتی شامل عملیاتی از قبیل کربوزیره کردن ، کوئیچ – تمپر ، یا سرد کردن مداوم است . مقدار ماشین کاری مورد نیاز برای P/F عموماً کمتر از مقدار مورد نیاز برای آهنگری معمولی است ، تلرانس ابعادی بهبود می یابد . ماشین کاری استاندارد ممکن است برای دستیابی به ابعاد نهایی و تمام کاری سطحی به کار برده شود . یکی از منابع اقتصادی آهنگری پودری کم کردن حجم ماشین کاری مورد نیاز است که در شکل 15 نشان داده شده است . به طور کلی ، مواد P/F عاری از حفره همان طور که اشاره شد برای رسیدن به ترکیب معین و سفتی بالا آهنگری عادی می شوند . مشکلاتی که به وجود می آید که ، اگر قطعات P/F ماشین کاری شوند با همان سرعت برش ، سرعت تغذیه و نوع ابزار ممکن است به قطعات عادی تبدیل شوند . این تفاوت ها در قابلیت ماشین کاری مربوط به نوع آخال ها و خلل و فرج ریز است . این مطالعات نتیجه می دهد که مواد P/F می توانند قابلیت ماشین کاری بیشتر یا مساوی با فولادهای کار شده داشته باشند بهبود قابلیت ماشین کاری به وسیله اضافه کردن روان سازهای جامد مانند سولفید منگنز به دست می آید . به هر حال وجود خلل و فرج ریز و دانستیه پایین برخی نواحی غیر فشاری در قطعات P/F منجر به کم شدن قابلیت ماشین کاری می شوند . خصوصیت ماشین کاری در این مناطق مشابه با متالوژی پودر عادی مواد است قابلیت ماشین کاری سرتاسری قطعات پودری آهنگری شده ممکن است بستگی به مقدار ، نوع ، اندازه ، شکل و توزیع آخال ها و یا خلل و فرج داشته باشد ، همان طوری که در ساختار آلیاژی و عملیات حرارتی موجود است . خصوصیات مکانیکی : میله های فولاد کار شده تحت یک فرآیند شکل دهی پیش نوردکاری شمش اولیه روی آنها صورت می گیرد . این باعث تولید لایه های آخال می شود که منجر به مسطح شدن و ضعیف شدن و در نهایت باعث شکست نرم ماده می شود . خواص مکانیکی فولادهای کار شده در طی تست ها مستقیمی که از بیلت کار شده به عمل می آید تغییر می کنند . مواد پودری آهنگری شده ، از سوی دیگر نسبتاً تعدادی تغییر شکل یافته و خواص مکانیکی آنها نسبتاً ایزوتروپیک است خواص مکانیکی مواد پودری آهنگری شده معمولاً واسطه عبور کردن زیاد کردن خواص فولادهای کار شده است . خواص خستگی خمش – دورانی مواد پودری آهنگری شده نشان داده شد که بین خواص طولی و عرضی فولاد کار شده با همان نیروی کشش هستند کمتر می شوند . هنگامی که عملیات ماشین کاری انجام شد قطعات تست شده در آزمایشگاه ، از طریق بالا دیده شد که از میانشان تنها قطعات پودر آهنگری شده مقاومت خستگی فوق العاده ای را از خود نشان می دهند . این خاصیت نه تنها به خواص ایزوتروپی نسبی ماشین کاری آن ها بر می گردد بلکه به تمام کاری سطحی آن ها و هم چنین اندازه بهتر دانه ها بر می گردد . بخش کنونی به بررسی خواص مکانیکی مواد پودری آهنگری شده می پردازد . نتایج موجود در آزمایشگاه استاندارد تست قطعات ماشین کاری شده به دست آمده اند . این اطلاعات برای 4 ماده اولیه گزارش شده است . سیستم های دو ماده اولی که پودرها پیش آلیاژ شده هستند ( P/F-4600,P/F-2000 : بخش « سختی پذیری » در این مقاله را نگاه کنید ) ماده سوم که آلیاژ آهن – مس – کربن بود در کارخانه TOYOTA در سال 1981 برای تولید شاتون های P/F شده و در کارخانه FORD برای تولید شاتون پودری آهنگری شده با همان ترکیب در سال 1986 به کار گرفته شد . خواص مناسب مکانیکی سپس باعث شد که با مس و پودرهای گرافیت مخلوط شده و با پودر آهن تولید ماده ای می کند که % 2 Cu داشته باشد . بعضی ترکیبات پودرهای آهنگری شده از فولاد با کربن کم تهیه شدند . که این چهارمین و آخرین ماده است که دارای خواص مکانیکی مناسب است . طریقه آهنگری : این کاملاً مشخص است که روش آهنگری اثر بدی بر خواص مکانیکی ترکیبات دارد . با این وجود اطلاعات گزارش شده از خواص مکانیکی در این بخش با قطعاتی که شکل دهی داغ شده اند یا آهنگری داغ دوباره فشاری شده اند ، به دست آمده است . تست طولی قطعات به قطر ، 10mm ( 0.4in ) ( برای کشش و خستگی ) مساحت 10.8×10.8mm ( 0.425×0.425in ) ( برای تست فشار ) از این بیلت های آهنگری شده گرفته می شود . قطر 10mm این بیلت ها برای عملیات حرارتی به کار برده می شود . عملیات های حرارتی : سه نوع عملیات حرارتی برای بیشتر شدن خواص مکانیکی مواد پودری پیش آلیاژ شده آهنگری شده به کار گرفته می شود : کربوریزه کردن سطحی ، کربن دهی اضافی ( توسط ماده خنثی ) و سخت کاری کامل ( کوئینچ و تمپر ) . کربن دهی سطحی برای مواد با درصد کربن % ( 20/0-2/0 ) به کار می رود . کربن دهی صفحه ای برای به دست آوردن ریزساختار مشابه با همان که در کربن دهی سطحی وجود داشت به کار برده می شود . در مقدار کربن % ( 25/0-2/0 ) . این منجر به سختی هسته معادل با HRC 55-45 می شود . کوئینچ و تمپر کردن بر این است به سختی کامل ریز ساختار با یک رنج از کربن استفاده شود . درجه حرارت تمپر کم یا تنش در دمای Co 175 ( Fo 350 ) منجر به سختی هسته HRC 55-45  و HRC 30-25 برای همان مقدار کربن اعمال می شود . جزئیات این عملیات های حرارتی در زیر داده شده است . کربن دهی سطحی ، قطعات برای مدت 8 ساعت در Co 955 با اتمسفر گازی بی در رو آستنیته می شوند . آن ها سپس تا دمای Co 830 سرد شده و در این دما به همراه اتمسفر بی در رو با درجه شبنمی شدن Co 2+ پایدار می شوند . قطعات با سرعت زیاد در روغن سرد می شوند و به دمای Co 65 می رسند . آن ها سپس در درجه حرارت Co 175 به مدت 2 ساعت تنش زدایی می شوند . این عملیات حرارتی منجر به سختی عمق در حدودmm 52/1 با % 1 کربن و سختی % 25/0 می شود . کربن دهی اتفاقی : نمونه های آهنگری شده برای مدت 2 ساعت در درجه حرارت Co 955 در اتمسفر دارای آمونیم و متان ، آستنیته می شوند . آنها با سرعت زیاد در روغن تا درجه حرارت Co 65 کوئینچ می شوند . نمونه ها دوباره در Co 845 به مدت 30 دقیقه در اتمسفر آمونیم و متان آستینیته می شوند در ادامه در روغن تا درجه حرارت Co 65 کوئینچ می شوند . آن ها سپس به مدت 2 ساعت در اتمسفر نیتروژن دار در دمای Co 175 تنش زدایی می شوند . سخت کاری کامل : این عملیات کوئینچ – تمپر شامل آستنیته کردن قطعات برای مدت 1 ساعت تا دمای Co 955 در اتمسفر دارای آمونیوم و متان است و در پی آن کوئینچ کردن با سرعت بالا در روغن تا دمای Co 65 است . قطعات دوباره در Co 845 برای مدت 30 دقیقه در همان اتمسفر ذکر شده آستنیته می شوند . و برای مدت 1 ساعت در Co 175 در اتمسفر نیتروژن دار ، در دماهای مختلف تنش زدایی می شوند که در جدول زیر آمده است . این عملیات باعث به وجود آمدن ساختار همگن در این بخش می شود . قابلیت سخت کاری : منحنی های تست جامینی در نمودار برای قطعات 4600- P/F ، 2000-P/F آلیاژهای آهن – مس – کربن ارائه شده است . آزمایش بنابر استاندارد ASTM A 255 انجام می شود . نمونه های به دست آمده از بیلت های آهنگری شده داغ ماشین کاری می شوند و در Co 1120 در آمونیم زنیتر می شود . نتایج تمپرینگ : منحنی های تمپرینگ در نمودار 20 برای 2000-P/F و 4600-P/F وجود دارد . منحنی های برای 4600-P/F مقاطع حاکم از mm 4/25 تا mm 10 را تحت پوشش قرار می دهد . مشخصات کشش ، فشردگی و خستگی مواد : مشخصات کششی با طول mm 4/25 و قطر mm 35/6 شابلون تغییر می کند . این آزمایش بنابر استاندارد ASTM E8 ، با پیشروی mm/min 5/0 استفاده می شود . تست فشار بنابر قطعه شکاف دار شارپی و استاندارد ASTM E23 در دمای اتاق انجام می شود . تست خستگی خمش – دورانی با استفاده از عملیات تک باری و آزمایشات خستگی پیچشی انجام می شود . آلیاژهای آهنی – مس – کربن هنوز هم در هوا یا با فشار بالای هوا از دمای آستنیته کردن Co 845 سرد می شوند . دمای آستنیته کردن بر سختی هسته تاثیر گذار است . آلیاژهای آهن – مس – کربن اغلب برای ماشین کاری بهتر با سولفید منگنز مخلوط می شوند . سولفید منگنز اضافه شده تاثیر کمی نیز بر قابلیت کششی دارد به هر حال ، پروسه سولفوردار کردن باعث کم شدن خواص کششی می شود . حد تسلیم فشاری : حد تسلیم فشاری نهایی % 2/0 ، در مقادیر مختلف کربنی بعد از عملیات های حرارتی مختلف برای 4600 – P / F  در جدول 9 به طور خلاصه آورده شده است . مقیاس % 2/0 حد کشش نهایی با حد تسلیم فشاری برای 4600 – P / F  با رنج کربن معین و تنش زدایی در oC 175 در جدول 25 آورده شده است . خستگی نورد کاری : مواد پودری آهنگری شده در پروسه های تولید یاتاقان نیز کاربرد دارد . تست خستگی نورد کاری یک تست سریع یاتاقان است که مقدار موادی که پتانسیل لازم برای پروسه یاتاقان سازی را دارند معین می کند . تست خستگی نورد کاری برای هر دو 2000 – P/F ، 4600 P/F که سخت کاری کامل و کربن دهی سطحی شده اند با آزمایشگرهای توپی و شابلون بنا بر عملیات توضیح داده شده در بخش 77 انجام می شود . تاثیر خلل و فرج بر خواص مکانیکی : اطلاعات خواص مکانیکی خلاصه شده در بخش های پیشین هم به دوباره پرس داغ و هم آهنگری نهایی داغ مواد عاری از حفره مربوط بوده . و خواص موادی که به خاطر آهنگری در دمای oc 870 کاملاً متراکم نشده اند در جدول 2 آمده است . خواص کشش و فشرده شدن 4600 – P/F بدون هیچ گونه حفره باقی مانده در جدول 26 و 27 خلاصه شده است . در یک حالت ، ماده دارای تراکم در حدود gr / cm3 84/7 و زمینه ای از خلل و فرج است ؛ سوی دیگر از این نمونه ها دارای تراکم در جدول gr / cm3 7/7 هستند . خواص این مواد با نمونه های بدون حفره در رنج متفاوت سختی قابل قیاس هستند . در رنج HRC 30 – 25 ، HRC 50 – 45 در سختی های پایین ، خلل و فرج هیچ تاثیری بر حد کششی ندارد اما این در حالی است که حتی مقدار خیلی کم از ریز حفرات باعث کم کردن راکتیلیته و فشردگی می شود . داکلتیلیته کشش در سختی ها بالاتر هستند به وسیله ریز حفرات متاثر می شود و به طور جداگانه باعث کم شدن چگالی ماده تا gr / cm3 7/7 می شود وجود حجم از خلل و فرج در کل بر روی خواص فشردگی نیز تاثیر گذار است . ضمانت کیفیت قطعات P/F : بیشتر تست های تضمینی کیفیت که برای قطعات کار شده انجام می شوند مشابه همان هایی است که برای قطعات پودری آهنگری شده به کار می روند . پارامترهای موثر شامل : ابعاد قطعه ، کیفیت سطح ، آزمایش ذرات مغناطیسی ، ترکیب ، تراکم ، آنالیز متالوگرافیکی و تست غیر مخرب است که این ها در زیر مورد بحث قرار می گیرند . ابعاد قطعه و کیفیت سطح : پتک کاری سطح تمام قطعات پودری آهنگری شده مستقیماً به زبری سطح ابزار آهنگری بستگی دارد . زبری سطح عموماً بهتر از µm 8/0 است که از آن چیزی که در قطعات کار شده آهنگری شده به دست آمد بهتر است . این کیفیت خوب سطح برای خستگی قطعات P/F بسیار سودمند است . کنترل ذرات مغناطیسی : به کار برده می شود تا بتوان آسیب های سطح از نظر ترک ها و پلیسه ها را تشخیص داد . ترکیب : قطعات عموماً با ترکیبات به خصوصی طراحی می شود . مقدار کربنی به خصوص که برای دستیابی به عملیات حرارتی مورد نظر لازم است بر خواص دینامیک تاثیر می گذارد . تراکم : اندازه گیری تراکم به صورت بخش به بخش برای دستیابی به تراکم کافی در مناطق تحت فشار انجام می شود . معمولاً برای پی بردن به مقدار خلل و فرج باقی مانده از آزمایشات ریز ساختاری استناد می شود . برای میزان حفره موجود ، دانسیته محاسبه شده به شیمی ، شرایط ترمودینامیکی و میکرو ساختار زمینه بستگی دارد . قسمت هایی که دارای دانسیته بالاتر هستند لازم است که ترکیبات یکسانی داشته باشند . آنالیز متالوگرافیکی : قطعات پودری آهنگری شده به قسمت متالوگرافی می روند . پارامترهای اولیه در زیر بحث می شوند . دامنه دی کربوره کردن سطح که در قطعات آهنگری شده وجود دارد معمولاً مشخص می شود . عمق دی کربوره کردن به وسیله آزمایش متالوگرافیکی مشخص می شود اما استفاده از خاکسترواچ توضیح داده شده در استاندارد ASTM  E  lovv مناسب تر است . لایه اکسید سطح به وسیله اکسیدهای باقی مانده بر ذرات آهنگری شده مشخص می شود که این ذرات توانایی حذف به وسیله کار فیزیکی مانند تمیزکاری دورانی را ندارند . تکنیک های متالوگرافی برای مشخص کردن میزان نفوذ اکسیدهای سطحی به عمق به کار برده می شوند . اکسیدهای بین دانه ای ، در مرزهای اولیه ذرات شکل می گیرند . آن ها ممکن است در بعضی اوقات به صورت شبکه های سه بعدی شکل بگیرند اما بیشتر اوقات در حالت دو بعدی و صفحه ای پولیش می شوند . این اهداف سپس در کشش قطعه یا قیمت خرید مشخص می شوند . ریز ساختار پودر آهنگری شده بستگی به نوع عملیات حرارتی دارد که بعد از آهنگری قطعات و بیرون آمدن از قالب بر روی آن ها اعمال می شود . بیشتر قطعات کربن دهی ، کوئینچ و تنش زدایی می شوند یا کوئینچ تمپر می شود . دیگر عملیات حرارتی مورد استفاده برای فولادهای کار شده ممکن است برای مواد پودری آهنگری شده نیز کاربرد داشته باشند . آلودگی پودر آهن در قطعات آهنگری شده کم آلیاژی ممکن است به وسیله پروسه اچ کردن توضیح داده شده در بخش « ملاحظات مواد » به حد تناسب برشند . مقدار آخال های غیر فلزی در قطعه پودری آهنگری شد ممکن است با استفاده از تکنیک آنالیز تصویر ترجیح داده شده در بخش « ملاحظات مواد » به حد تناسب برسد . اگرچه ، اگر بخش انتخاب شده برای آخال گیری ، عاری از آخال نباشد پروسه آنالیز تصویر قابل کاربرد نمی باشد . در حقیقت ريال وجود خلل و فرج موجب مشکل شدن سایز بندی آخال ها می شود . تست غیر مخرب : اگرچه آزمایش متالوگرافی قطعات پودر آهنگری شده متداول است ، اما استفاده از روش های غیر مخرب نیز که باعث تفسیر ریز ساختار می شوند هم مناسب و مفید است . ثابت شده است که توسط مقیاس پل منگنزی می توان این عمل را انجام داد . طبقه بندی پل مغناطیسی می تواند برای مقایسه پیشرفت جریان های گردابی در آهنگری که هسته یک جریان پیوسته با جریان های گردابی ایجاد می کند در همان نمونه آهنگری شده تک باری نیز موجود است ، به کار برده می شود . تفاوت ها به وسیله تغییر مکان نقاط روشن به مرکز صفحه بر می گردند . صفحه نمایش دهنده می تواند به طور دلخواه به مناطق شماره گذاری شده نشان داده شده در شکل 30 متمایز شود . تست اتفاقی نمونه های انتخابی می تواند برای تولید فرکانس اولیه برای ترکیبات بدون آهنگری تک باری متناسب با نمونه مرجع باشد . هنگامی که توزیع فرکانس برای تعداد محدودی از ترکیبات بدون آهنگری تک باری به وجود آمد ، ترکیبات انتخاب شده که نمایانگر مناطق مختلف صفحه هشتند ، روی آن ها متالوگرافی انجام می شود . تست محدود متالوگرافیکی همچنین توانایی نمایان کردن وضعیت متالوژیکی مناطق مختلف را دارد . ترکیباتی که در این طبقه بندی قرار ندارند اتوماتیک وار خارج می شوند . انجام این تکنیک باعث کم شدن مناطق مورد نیاز برای آزمایش می شود . سفتی هسته ، دی کربوره کردن سطح ، نفوذ سطحی اکسید و خلل و فرج نیز با استفاده از این تکنیک قابل ارزیابی هستند . این همچنین می تواند برای بررسی % 100 متالورژیکی قطعات آهنگری شده به کار رود . کاربردهای قطعات آهنگری پودری : بخش های قبلی از این بحث بیشتر مقایسه بین آهنگری معمولی و آهنگری پودری است و نشان دهنده محدوده مناسب خواص مکانیکی که در مواد آهنگری شده پودری است . پیشرفت های مختلف فرآیندهای آهنگری پودر ذکر شده ، و همچنین تاثیر پارامترهای این پروسه بر قطعات آهنگری شده را نشان می دهد . برگرفته شده از:انجمن علمی متالورژی دانشگاه آزاد کرج

جوشكاري با پرتو الكتروني Posted: 14 May 2013 11:50 PM PDT  اصول فرآيند جوشكاري با پرتو الكتروني فرآيند جوشكاري با پرتو الكتروني يك فرآيند اتصال ذوبي است كه در طي آن قطعه كار توسط جرياني متراكم از الكترون هاي داراي سرعت بالا بمباران شده و كل انرژي جنبشي الكترون ها،در اثر برخورد با قطعه كار به حرارت تبديل ميشود. اين حرارت موجب ذوب لبه هاي قطعات واتصال دو قطعه پس از انجماد مي شود. اين جوشكاري معمولا در يك محفظه خلا با استفاده از يك سيستم توليد و تمركز پرتو الكتروني انجام ميشود. متغيرهاي فرآيند انرژي ورودي به قطعه كار ولتاژ شتاب دهنده چگالي توان جريان پرتو فاصله بين كاتد و آند سرعت جوشكاري فلز پر كننده انرژي ورودي به قطعه كار Energy input(H.I.P)[j/in] E.I/s P/s ولتاژ شتاب دادن پرتو جريان پرتو قدرت پرتو سرعت جوشكاري ولتاژ شتاب دهنده با افزايش ولتاژ شتاب دهنده نفوذ جوش افزايش مي يابد. چگالي توان با افزايش ولتاژ وكاهش قطر پرتو ،چگالي توان افزايش مي يابد. مقدار حرارت توليد شده در نقطه جوشكاري تابع چگالي توان است. افزايش بيش از حد چگالي توان سبب بخار شدن فلزات مي شود. جريان پرتو با افزايش جريان پرتو نفوذ جوش افزايش مي يابد. شدت جريان با توجه به ولتاژ ورودي كه با شدت پرتو ارتباط دارد تغيير مي كند. فاصله بين آند وكاتد توان وشدت جريان پرتو در سطح قطعه كار مي تواند با تغيير فاصله كاتد وآند تغيير يابد سرعت جوشكاري چنانچه سرعت جوشكاري افزايش يابد،پهناي گرده و همچنين نفوذ جوش كاهش مي يابد. فلز پر كننده محيط جوشكاري جوشكاري در خلا بالا جوشكاري در خلا متوسط جوشكاري بدون استفاده از خلا تجهيزات فرآيند ولتا‍ژ بالا ولتاژ پايين تجهيزات افزودن سيم جوش اجزا ماشين جوشكاري پرتو الكتروني يك تفنگ الكتروني كه پرتو كنترل شده الكتروني توليد ميكند يك محفظه خلا با تجهيزات و پمپ هاي مربوطه يك دستگاه كه پرتو را در امتداد خط اتصالحركت مي دهد يا قطعه كار رازير تفنگ الكتروني جابه جا مينمايد تجهيزات ولتاژ بالا ستون ديد الكترون ستون ديد الكترون شامل تفنگ الكتروني ،چشمي الكترون و سيستم ديد ميباشد. تفنگ الكتروني خود شتاب دهنده است. الكترونها از فيلمان تنگستن حرارتي يا كاتد تابش مي يابند وبه صورت الكتروستاتيك توسط يك شبكه انحراف دهنده،به پرتو تبديل ميشود و توسط آند شتاب مي يابند. آند و ديگر اجزاي زير آن شامل قطعه كاردر پتانسيل زمين هستند.ولتاژ كاتد تا 150000ولت قابل تغيير است.بنابراين يك ولتاژ شتاب دهنده مثبت براي الكترون ها توليد مي كند.جريان پرتو وابسته به ولتاژشتاب دهنده با كنترل خروجي ولتاژمورد نياز براي شبكه شتاب دهنده كنترل مي شود. منبع قدرت منبع قدرت با ولتاژ بالا در يك كابين جدا قرار دارد،اما كنترل ها در ايستگاه اپراتور قرار دارند. ولتاژ خطي در حالت عادي 440 ولت،سه فاز و 60 سيكل است،اما ولتاژ متناوب 220 ولت نيز مي تواند استفاده گردد. محفظه كار جداره محفظه كار معمولا به منظور تميز بودن و حداقل بودن عبور گاز از جداره آن از فولادهاي زنگ نزن ساخته مي شود ودر قسمت هاي از آن از سرب استفاده مي شود تا از عبور پرتو ايكس جلوگيري شود. يك پنجره با شيشه سربي در جلوي محفظه در منطقه ديد اپراتورويك لامپ فلورسنت دروني براي روشن كردن قرار داده ميشود. ستون تفنگ الكتروني معمولا در مركز محفظه قرار مي گيرد ولي مي تواند در يك انتها قرار گيرد.در ماشين مي توان يك ميز كار قرار داد كه به صورت دستي يا اتوماتيك در جهت هاي x&y حركت نمايد. تجهيزات ولتاژ پايين واژه ولتاژ پايين يك واژه نسبي است و معمولا براي تجهيزاتي كه در ولتاژ كمتر از60000ولت كار مي كنند،به كار ميرود. تفنگ الكتروني در داخل محفظه قرار داده ميشود و مي تواند در طول محورها حركت كند وديواره فولادي محفظه براي ممانعت از تابش پرتوكافي است. تجهيزات افزودن سيم جوش تجهيزات اضافه كردن سيم جوش يا شبيه فرايند سيستم تغذيه سيم جوش در فرايند جوشكاري قوس تنگستن ساخته مي‌شود يا اينكه به طور خاص جهت محفظه خلا طراحي مي‌گردد. قطر سيم جوش عموما كوچك و 0.02 اينچ يا كمتر است. سيستم تغذيه سيم بايد قابليت تغذيه يكنواخت سيمهاي با قطر كوچك را داشته باشد تا سيم را به طرف لبه‌ها وحوضچه مذاب كوچك هدايت نمايد. نكات تكنيكي فرآيند جوشكاري با پرتو الكتروني الكترون داراي بار منفي است و بر اثر برخورد به قطعه ، بار منفي به نمونه انتقال مي‌يابد. اين بار منفي در قسمتهاي مختلف دستگاه و نمونه مي‌تواند باعث اثر دافعه بر پرتو شود.براي جلوگيري از اين مشكل، نمونه و دستگاهها به اتصال زمين وصل مي‌شوند.مسئله ديگر اثرات مغناطيسي است كه بايد كنترل شوند و قطعه از مغناطيس خالي شود تا موجب انحراف پرتو نگردد. روش هاي آماده سازي در فرآيند جوشكاري با پرتو الكتروني آماده‌سازي و سرهم كردن قطعه كار و قيد و بندهاي جوشكاري كه شامل تميزكازي و احتمالا مغناطيس‌زدايي ،پيشگرم كردن و خال جوش زدن مي‌باشد. قرار دادن قطعه به همراه قيد و بند درون محفظه خلا شروع تخليه محفظه و سپس متمركز شدن روي قطعه و تنظيم متغيرهاي فرايند هم‌خط كردن راستاي اتصال با راستاي حركت پرتو و انجام فرايند دادن فرصت كافي جهت سرد شدن قطعه و سپس وارد كردن هوا به محفظه و خارج كردن مجموع مزاياي جوشكاري با پرتو الكتروني ايجاد جوشهاي عميق‌تر و باريك‌تر نسبت به روشهاي قوسي حرارت ورودي كمتر به جوش در مقايسه با روشهاي ذوبي ديگر(براي ايجاد حجم جوش ثابت) نسبت عمق به عرذض بالاي جوش و عدم نياز به جوشهاي چند پاسه ناحيه متاثر از حرارت جوش باريك به علت تمركز حرارتي بالاي فرايند تميزي فلز جوش به دست آمده به علت استفاده از خلا در فرايند امكان دست يابي به سرعت جوشكاري بالا ودر نتيجه سرعت توليد بالاتر بازدهي انرژي بالا(تا حدود 95درصد) پيچيدگي كم قطعه جوشكاري شده به علت تمركز حرارتي بالاي فرآيند مزاياي جوشكاري با پرتو الكتروني 9.عدم نياز به عمليات حرارتي جدي قبل و بعد از فرآيند 10.امكان اتصال قطعات وآلياژهاي حساس به حرارت 11.امكان جوشكاري فلزات دير گداز 12.امكان آب بندي با كيفيت بسيار بالا در اتصالات 13.سهولت كنترل فرآيند به صورت رايانه اي 14.امكان انجام فرآيند در طرح اتصال هاي گوناگون 15.عدم نياز به سيم جوش(در اغلب موارد)و عدم نياز به برطرف كردن سرباره واضافه هاي جوش 16.امكان جوشكاري قطعات بسيار ظريف مورد استفاده در صنايع الكترونيك و تجهيزات پزشكي وآزمايشگاهي محدوديت هاي جوشكاري با پرتو الكتروني قرار دادن قطعه در خلا در اثر برخورد پرتو الكتروني با سطح فلز پرتو ايكس توليد مي شود و لذا نياز به حفاظت در برابر اين پرتو وجود دارد. به علت آنكه پرتو الكتروني شامل اجزاي با بار منفي ميباشد،وجود ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي سر گردان باعث انحراف پرتو از مسير اصلي طراحي شده مي شود. عدم پايداري طولاني مدت پرتو تعمير عيوب ايجاد شده در عمق قطعه در اتصال قطعات ضخيم مشكل است. قيمت بالاي تجهيزات وكاربرد محدودتر نسبت به روش هاي قوسي محدوديت هاي جوشكاري با پرتو الكتروني 7.نياز به تميز كاري قطعات به شكلي بسيار خوب براي آنكه از شكل گيري عيوبي مثل تخلخل در جوش جلوگيري شود. 8.تركيدگي فلز جوش 9.وجود درز جوش و گرده جوش بسيار نازك در اين فرآيند موجب حساسيت زياد در برابر عيب ذوب ناقص مي شود كه ناشي از خطا در دنبال كردن صحيح درز اتصال توسط پرتو است. 10.چقرمگي كم در اغلب فولادها 11.نبود آزمون هاي غير مخرب تدوين شده 12.حفره انتهاي محل جوش 13.حساسيت شديد فرآيند به تغييرات جزيي متغيير هاي فرآيند كاربرد هاي فرآيند جوشكاري با پرتو الكتروني مهمترين فلزات وآلياژهايي كه با اين روش جوشكاري مي شوند عبارتند از: برليم تيتانيم زير كونيم موليبدن مهمترين صنايعي كه از اين فرآيند استفاده ميكنند عبارتند از: صنايع هوا فضا صنايع هسته اي صنايع الكترونيك و پزشكي صنايع خودرو سازي منبع كتاب تكنولو‍ژي جوشكاري ، مولف دكتر كوكبي ، انتشارات دانشگاه صنعتي شريف به نقل از:انجمن علمی متالورژی دانشگاه آزاد کرج