به مقادیر اولیه خود بازگشته و تنش های داخلی نیزکاهش می یابد.
در این پژوهش، برای بررسی تاثیر فشار فشردن مرحله اول بر درجه حرارت بهینه فرآیند آنیل میانی، رنج وسیعی از درجه حرارت آنیل در سه فشار مختلف فشردن اولیه مورد بررسی قرار گرفت. بررسی متالوگرافی نمونه های دو بار فشرده شده نشان می دهد که، تا حدود دمای 800 درجه سانتیگراد تغییرات محسوسی در ریز ساختار دیده نمی شود. با توجه به این نکته که بازیابی هر چه کاملتر در درجه حرارت آنیل بالاتر رخ می دهد؛ لذا می توان انتظار داشت که چگالی خام نمونه ها قبل از فرآیند متراکم سازی ثانویه با افزایش درجه حرارت آنیل، به دلیل حذف هر چه بیشتر کارسختی ناشی از اعمال فشردن اولیه، افزایش یابد. اما از سوی دیگر در مورد فولاد های تف جوشی شده حاوی کربن، انحلال کربن در جریان فرآیند آنیل دمای بالا منجر به تولید فاز های سخت و غیر شکل پذیر می شود که به نوبه خود تراکم پذیری را در جریان فشردن ثانویه محدود می کند. بنابراین تعیین درجه حرارت بهینه آنیل میانی با در نظر گرفتن دو حد مذکور برای حصول قطعاتی با حداکثر چگالی و متعاقبا خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب الزامی است.
 
مرور بر منابع

تاریخچه متالورژی پودر
صنعت متالورژی پودر از زمان های خیلی دور، مدت ها قبل از اینکه صنعتگران با ذوب و ریخته گری آهن آشنا شوند مورد استفاده بوده است. به عنوان مثال می توان به این موضوع اشاره کرد که مصریان قدیم تقریباً 3000 سال قبل از میلاد مسیح به کمک روش متالورژی پودر ابزار آلات آهنی تهیه می کرده اند و یا هندیان قدیم که جواهرات و مصنوعات فراوانی را به کمک پودرهای فلزی ساخته بودند [1].
اولین محصول مدرن متالورژی پودر فیلمان های تنگستنی لامپ های الکتریکی بوده که در اوایل قرن نوزدهم تولید شده است. توسعه P/M [1] در دهه ی 30 با تولید کاربیدهای تنگستن جهت ابزارهای برش تداوم یافت و در دهه 60 و 70 با تولید قطعات خودرو و قطعات مربوط به موتورهای هواپیما بیش از پیش با گسترش مواجه شد. تولید قطعات به کمک فرآیندهای آهنگری پودر و قالب گیری تزریقی پودر فلزی در دهه ی 90 از دیگر پیشرفت های صنعتی فرآیند متالورژی پودر محسوب می شود. تا اینکه در دهه اخیر صنعت متالورژی پودر با ورود به عرصه نانوتکنولوژی خود را با علوم و فرآیندهای نوپا و پیشرو در دنیا هماهنگ کرده و همگام با سایر فرآیندهای تولید مواد فلزی تمایل به توسعه و گسترش بیش از پیش از خود نشان داده است [1].
امروزه بسیاری از قطعات تولید شده به کمک متالورژی پودر در موارد گوناگونی نظیر: اتومبیل ها، ابزار آلات آشپزخانه، تجهیزات باغبانی، کامپیوترها، تجهیزات دندانپزشکی و قطعات مربوط به حفاری چاه های نفت و گاز به کار برده می شوند. از کاربردهای رایج روش تولید متالورژی پودر می­توان به ساخت قطعات مکانیکی مورد استفاده در صنعت خودروسازی از قبیل چرخ­دنده، شاتون، میل بادامک، پیستون، شاتون، قطعات خودروانکارمانند بوشهای متخلخل و غیره اشاره نمود. همچنین برای تولید مواد مخصوص،‌ جدید و پیشرفته (فلزات با دمای ذوب بالا، مواد کامپوزیتی با زمینه های فلزی،‌ بین فلزی و سرامیکی،‌ مواد اصطکاکی،‌ مواد مقاوم به خوردگی مانند فولادهای زنگ نزن تف جوشی شده و سوپرآلیاژها، مواد دیرگداز مانند سرامیک ها،‌ مواد متخلخل مانند فیلترها،‌ فوم های فلزی،‌ مواد مورد استفاده در صنایع الکتریکی نظیر اتصالات الکتریکی و‌ المنت‌های گرماساز، مواد مغناطیسی نرم و سخت،‌ مواد ابزار مانند فولادهای تندبر،‌ کاربیدهای سمانته، سرمتها، الماس و نیتریدها، آلیاژهای سنگین،‌ مواد آمورف و نانوکریستالی، مواد هسته ای و .) از روش متالورژی پودر استـفاده می­گـردد [2].
 

روند کلی ساخت قطعات متالورژی پودر
فرآیند متالورژی پودر، فرآیند تولید قطعات با شکلی نزدیک به شکل نهایی و یا شکل نهایی است. هدف اصلی در این فرآیند، تولید توده ای متراکم از پودر های فلزی با استحکام کافی جهت حمل و سپس حرارت‌دهی آن در دمایی کمتر از دمای ذوبش تحت اتمسفر کنترل شده می باشد. در طول این فرآیند که تف جوشی[2] نام دارد، ذرات پودر به یکدیگر جوش خورده و ماده استحکام کافی جهت سرویس‌دهی مورد نظر را می‌یابد [3].
درشکل 1-1 روند کلی تولید قطعات تف جوشی شده نشان داده شده است.
 

شکل 1-1- فلوچارت روند کلی ساخت قطعات متالورژی پودر.
با بهره گرفتن از روش متالورژی پودر می­توان قطعاتی در گستره وسیعی از خواص فیزیکی و مکانیکی تولید کرد [4]. عوامل متعددی جهت دستیابی به خواص مورد نظر در مواد تف جوشی شده وجود دارد، اما در بین آنها میزان دانسیته و مقدار عناصر آلیاژی از پارامترهای مهم محسوب می‌شوند [5]. بطور کلی خواص مکانیکی قطعات متالورژی پودر تابعی از دانسیته یا به عبارت دیگر تخلخل باقیمانده می­باشد. افزایش دانسیته در قطعات متالورژی پودر منجر به بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی آنها خواهد گردید [6]. روش های متداول ساخت و تولید، جهت افزایش دانسیته در صنعت متالورژی پودر شامل تف جوشی در حضور فاز مایع، فلزخورانی یا عبور تدریجی، دوبار پرس / دو بار تف جوشی، فشردن با سرعت بالا، پرس داغ، پرس ایزواستاتیک داغ، پرس ایزواستاتیک سرد، اکستروژن و آهنگری پودر می‌باشند [7].
 

دلایل گسترش متالورژی پودر
دلایل تمایل به سمت قطعات P/M را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود:

فرآیند P/M یک روش با بهره اقتصادی برای تولید قطعات فلزی با شکلی دقیق و نزدیک به شکل نهایی می باشد.
 

فرآیند P/M از جمله روش های جدید تولید، برای بهبود کیفیت محصول و بهره وری آن به شمار می رود.
 

محدود کردن عملیات ثانویه پر هزینه ماشینکاری به دلیل تولید قطعاتی با شکلی نزدیک به شکل نهایی.
 

بهبود بهره وری اقتصادی به واسطه محدود کردن مراحل تولید و امکان فراهم آوردن ویژگی های خاص در قطعات نظیر قابلیت خود روغنکاری و امکان فیلتراسیون کنترل شده در قطعات [1].
 

به کمک فرآیند P/M این امکان وجود دارد که بازده بیش از 97% برای مواد اولیه مصرفی حاصل شود.
 

P/M روشی مناسب برای تولید قطعاتی با نرخ تولید بالا می باشد.
 

P/Mامکان تولید رنج وسیعی از محصولات فلزی را فراهم می آورد؛ مواد متخلخل (فیلترها و یاتاقان های خود روغنکار) ، فلزات سخت (کاربید تنگستن) ، فلزات با نقطه ذوب بالا (فلزات دیرگداز) ، مواد کامپوزیتی، مواد آمورف.
 

امکان تولید قطعاتی با خواص معادل و یا حتی برتر از محصولات مشابه تولید شده از طریق روش های معمول ریختگی و یا آهنگری [8]. به عنوان نمونه در شکل 1-2 برخی از خواص چرخ دنده تولید شده به روش متالورژی پودر با روش معمول تولید مقایسه شده است. همانطور که در شکل دیده می شود استفاده از فرآیند P/M به همراه یک عملیات تکمیلی، سخت کاری سطحی، امکان دسترسی به خواصی برتر از محصول مشابه تولیدی به روش آهنگری و سپس ماشینکاری[3] را فراهم آورده است.
 

 
 
 
شکل 1-2- مقایسه برخی از خواص محصولات P/M با سایر روش های تولید [9].
بنا به دلایل ذکر شده افزایش روز افزون تقاضا برای محصولات متالورژی پودر سبب شده است که صنایع تولید قطعات P/M در شمال آمریکا که شامل شرکت های تولید قطعات معمولی متالورژی پودر و  شرکت های تولید محصولات خاص P/M نظیر سوپر آلیاژها، تولیدات متخلخل، مواد اصطکاکی، ابزارهای برش کاربید تنگستنی و فولادهای ابزار می باشند، فروشی در حدود 5 بلیون دلار در سال داشته باشند. جدول 1-1 میزان رشد محموله های این صنایع را بعد از سال 1996 نشان می دهد [1].
 
جدول 1-1- میزان رشد محموله های صنایع تولید قطعات P/M در شمال آمریکا [1].
 
همانطور که مشهود است در طول سالهای 1992 تا 1994 بازار قطعات تولید شده توسط صنایع تولید قطعات P/M در شمال آمریکا، بزرگترین بازار از نوع خود در دنیا بوده و نرخ رشد 6/18 درصدی را نشان می دهد [1].
 
1-4- متالورژی پودر در صنعت خودروسازی
صنایع خودرو سازی در طی 70 سال گذشته، بیشترین میزان مصرف قطعات متالورژی پودر را به خود اختصاص داده اند. به عنوان نمونه همان طور که در شکل 1-3 نیز نشان داده شده است، می توان اشاره کرد که در اتومبیلهای سواری معمولی در ایالات متحده آمریکا بیش از 43 پوند از قطعات P/M مورد استفاده قرار گرفته است و انتظار می رود در چند سال آینده این میزان با افزایش چشمگیری روبرو    شود [10].
شکل 1-3- میزان مصرف قطعات P/M در خودروهای آمریکایی [10].
 
تکنولوژی متالورژی پودر این امکان را به وجود آورده است تا قطعات اتومبیل از جنس فولادهای        تف جوشی شده،‌ با هزینه تمام شده کمتر، حجم تولیدی زیاد، استفاده بهینه از مواد، صرف کمترین انرژی ممکن برای تولید و دقت ابعادی بسیار زیاد تولید گردند.
با وجود تخلخل ذاتی در قطعات متالورژی پودر، این قطعات نسبت به قطعات مشابه ریخته گری یا آهنگری شده سبک تر می باشند و نهایتا منجر به کاهش وزن اتومبیل خواهند گردید [11]. در کنار سوختهای جایگزین به جای سوختهای فسیلی یکی از اهداف سازندگان خودرو کاهش مصرف اتومبیل ها تا حد سه لیتر برای صدکیلومتر است که برای رسیدن به این هدف کاهش وزن اتومبیل ها به موازات توسعه سیستم موتور و انتقال قدرت ضروری است. با بهره گرفتن از قطعات متالورژی پودر (قطعات فولادی تف جوشی شده) در کنار مواد سبکی مانند تیتانیم، منیزیم، آلومینیوم و پلاستیک های پیشرفته می توان وزن خودروها را کاهش داده و در نهایت باعث کاهش مصرف سوخت خودروها گردید. با استفاده ازتکنولوژی متالورژی پودر، می­توان به دانسیته های متفاوتی بسته به نیازهای کاربردی قطعات دست یافت. بعلاوه، با بهینه‌سازی شرایط تف جوشی، می توان بیشترین نسبت استحکام به وزن را در قطعات متالورژی پودر بدست آورد. تمامی این فاکتورها، گویای این حقیقت هستند که تکنولوژی فولادهای   تف جوشی شده نقش بسیار مهمی در کاهش وزن اتومبیل­ها دارد [12].
 
قطعات P/M در داخل خودرو دارای دو کاربرد اساسی هستند:

کاربردهای موتوری شامل قطعاتی نظیر: پولی ها و چرخ دنده های میل بادامک، میل لنگ، میل اسبک و . شکل1-4.
 
                                          شکل 1-4- قطعات P/Mمورد کاربرد در موتور خودروها [12].
 

کاربردهای انتقال قدرت شامل قطعاتی نظیر: میل دنده های موجود در گیربکس های دستی شکل1-5، [12].
 
شکل 1-5- قطعات P/M مورد استفاده در موارد مربوط به انتقال قدرت [12].
 
از جمله قطعات دیگر مصرفی در خودرو که به روش متالورژی پودر تولید می شوند عبارتند از:
پیستونهای کمک فنر، هادی میله کمک فنر، قرقره دندانه دار، چرخ دنده های حلزونی کوچک، میله اتصال پمپ انژکتور موتور دیزل، تکیه گاه اهرم کنترل انتقال قدرت در اتومبیل سواری، حلقه سنکرو نایز کننده در کامیون، نگهدارنده آئینه داخل اتومبیل، چرخ همزمان کننده، چرخ دنده های پمپ اتومبیل، مجموعه چرخ دنده، شاتون خودرو و.[13].
 

 
شکل 1-6- قفل کننده مخروطی کامیون شرکت اسکانیا که با تکنیکهای متالورژی پودر و آهنگری [4]تولید شده [13]. 

 
شکل 1–7- یوکهای انژکتور[5] کامیون ولو تولید شده به روش فورج (سمت چپ) و متالورژی پودر
(سمت راست) [13].
بنابراین صنایع خودروسازی ایران نیز با توجه به گسترش و نقش روز افزون محصولات پودری تمایل بسیاری برای جایگزینی رنج وسیعی از قطعات مصرفی خودرو های سواری داخلی که به روش های معمول ریخته گری و یا شکل دهی تولید می شوند را، با محصولات مشابه P/M دارا هستند.
 
 
1-5- روش های ساخت قطعات متالورژی پودر
روش های ساخت قطعات متالورژی پودر را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد؛

روش های معمولی (پرس+ تف جوشی)
 

روش های حصول حداکثر چگالی
 
1-5-1- فرآیند های معمول (پرس+ تف جوشی)
این فرآیند مطابق با گام های نشان داده شده در شکل 1-8 انجام می شود [1].
شکل 1-8- فرآیند معمول (پرس+تف جوشی) [1].
 
در این روش پودر به گونه ای انتخاب می شود تا بتواند محدودیت ها و قید های فرآیند و همچنین نیازهای قطعه نهایی را برطرف سازد. برای مثال: در روش فشردن سرد از پودرهایی با شکل غیر یکنواخت استفاده می شود تا از حصول استحکام کافی و یکنواختی ساختاری در محصول پرس شده اطمینان حاصل شود. از آنجایی که پودر توسط ابزارهای شکل دهنده سخت و با بهره گرفتن از یک حرکت فشاری عمودی فشرده می شود، لذا شکل و ابعاد محصول با قید هایی نظیر گنجایش پرس، تراکم پذیری پودر و سطح چگالی مورد نیاز برای محصول نهایی محدود می شود. برای بسیاری از محصولات متالورژی پودر این محدودیت ها شامل؛ ابعاد قطعه (مساحت سطح متراکم شده) حداکثر cm2 160، ضخامت قطعه حداکثر mm75 و وزن قطعه حداکثر Kg 2/2 می باشد [1].
دو روش معمول فشردن پودر در فرآیندهای معمول (پرس + تف جوشی) به کار می رود:

فشردن سرد در داخل قالب های صلب
 

فشردن گرم
 

Powder Metallurgy
 

Sintering
 

Reference SS92506
 

Forging