متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد

پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد

عنوان : متالورژی پودر

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

مقدمه

ساخت قطعاتی با اشکال پیچیده، تلرانس دقیق ابعادی و هزینه های کم تولید از جمله مزایای عمده روش متالورژی پودر می باشد. به طور کلی خواص مکانیکی قطعات متالورژی پودر تابعی از چگالی و یا به عبارت دیگر تخلخل باقیمانده در محصولات متالورژی پودر می باشد. بر خلاف مواد سرامیکی، چگالش در جریان فرآیند تف­­ جوشی، به دلیل ایجاد تلرانس ابعادی بالا در محصولات متالورژی پودر مطلوب نبوده و لذا چگالی مورد نیاز جهت حصول خواص مکانیکی مطلوب در قطعات متالورژی پودر می بایست در جریان فرآیند فشردن حاصل شود. از سوی دیگر حداکثر چگالی قابل حصول در جریان فرآیند متراکم سازی پودر های آهنی، به دلیل کارسختی حاصله در مرحله فشردن، به حدود 1/7 گرم بر سانتیمتر مکعب محدود می شود. برای دستیابی به چگالی بالاتر روش های متنوعی نظیر متراکم سازی گرم، فشردن با سرعت بالا، آهنگری پودر، دو بار فشردن/ دو بار تف جوشی و … مورد استفاده قرار می گیرد. در فرآیند دو بار فشردن/ دو بار تف جوشی، نمونه های متراکم شده برای بار دوم تحت فرآیند فشردن قرار می گیرند، لذا برای به حداقل رساندن اثر کارسختی ناشی از فشردن مرحله اول و چگالش بالاتر در جریان مرحله متراکم سازی ثانویه به یک مرحله عملیات آنیل میانی نیاز می باشد. اعمال کار سرد معمولا موجب کاهش انعطاف پذیری و افزایش استحکام می شود. در جریان فرآیند بازیابی این خواص به تدریج 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 كاربردهاي رايج روش توليد متالورژي پودر مي­توان به ساخت قطعات مكانيكي مورد استفاده در صنعت خودروسازي از قبيل چرخ­دنده، شاتون، ميل بادامك، پيستون، شاتون، قطعات خودروانكارمانند بوشهاي متخلخل و غيره اشاره نمود. همچنين براي توليد مواد مخصوص،‌ جديد و پيشرفته (فلزات با دماي ذوب بالا، مواد كامپوزيتي با زمينه هاي فلزي،‌ بين فلزي و سراميكي،‌ مواد اصطكاكي،‌ مواد مقاوم به خوردگي مانند فولادهاي زنگ نزن تف جوشي شده و سوپرآلياژها، مواد ديرگداز مانند سراميك ها،‌ مواد متخلخل مانند فيلترها،‌ فوم هاي فلزي،‌ مواد مورد استفاده در صنايع الكتريكي نظير اتصالات الكتريكي و‌ المنت‌هاي گرماساز، مواد مغناطيسي نرم و سخت،‌ مواد ابزار مانند فولادهاي تندبر،‌ كاربيدهاي سمانته، سرمتها، الماس و نيتريدها، آلياژهاي سنگين،‌ مواد آمورف و نانوكريستالي، مواد هسته اي و …) از روش متالورژي پودر استـفاده مي­گـردد [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 اصلي در این فرآیند، توليد توده ای متراکم از پودر های فلزی با استحكام کافی جهت حمل و سپس حرارت‌دهي آن در دمايي كمتر از دماي ذوبش تحت اتمسفر کنترل شده مي باشد. در طول اين فرآيند كه تف جوشي[2] نام دارد، ذرات پودر به يكديگر جوش خورده و ماده استحكام كافي جهت سرويس‌دهي مورد نظر را مي‌يابد [3].

درشکل 1-1 روند کلی تولید قطعات تف جوشی شده نشان داده شده است.

 

شکل 1-1- فلوچارت روند كلي ساخت قطعات متالورژی پودر.

با بهره گرفتن از روش متالورژي پودر مي­توان قطعاتي در گستره وسيعي از خواص فيزيكي و مکانيکي توليد کرد [4]. عوامل متعددي جهت دستيابي به خواص مورد نظر در مواد تف جوشي شده وجود دارد، اما در بين آنها ميزان دانسيته و مقدار عناصر آلياژي از پارامترهاي مهم محسوب مي‌شوند [5]. بطور کلي خواص مكانيكي قطعات متالورژي پودر تابعي از دانسيته يا به عبارت ديگر تخلخل باقيمانده مي­باشد. افزايش دانسيته در قطعات متالورژي پودر منجر به بهبود خواص فيزيكي و مكانيكي آنها خواهد گرديد [6]. روشهاي متداول ساخت و توليد، جهت افزايش دانسيته در صنعت متالورژي پودر شامل تف جوشي در حضور فاز مايع، فلزخوراني يا عبور تدريجي، دوبار پرس / دو بار تف جوشي، فشردن با سرعت بالا، پرس داغ، پرس ايزواستاتيك داغ، پرس ايزواستاتيك سرد، اكستروژن و آهنگري پودر مي‌باشند [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- متالورژي 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].

 

تكنولوژي متالورژي پودر اين امكان را به وجود آورده است تا قطعات اتومبيل از جنس فولادهاي        تف جوشي شده،‌ با هزينه تمام شده كمتر، حجم توليدي زياد، استفاده بهینه از مواد، صرف كمترين انرژي ممكن براي توليد و دقت ابعادي بسيار زياد توليد گردند.

با وجود تخلخل ذاتي در قطعات متالورژي پودر، اين قطعات نسبت به قطعات مشابه ريخته گري يا آهنگري شده سبك تر مي باشند و نهايتا منجر به كاهش وزن اتومبيل خواهند گرديد [11]. در كنار سوختهاي جايگزين به جاي سوختهاي فسيلي يكي از اهداف سازندگان خودرو كاهش مصرف اتومبيل ها تا حد سه ليتر براي صدكيلومتر است كه براي رسيدن به اين هدف كاهش وزن اتومبيل ها به موازات توسعه سيستم موتور و انتقال قدرت ضروري است. با بهره گرفتن از قطعات متالورژي پودر (قطعات فولادي تف جوشي شده) در كنار مواد سبكي مانند تيتانيم، منيزيم، آلومينيوم و پلاستيك هاي پيشرفته مي توان وزن خودروها را كاهش داده و در نهايت باعث كاهش مصرف سوخت خودروها گردید. با بهره گرفتن ازتكنولوژي متالورژي پودر، مي­توان به دانسيته هاي متفاوتي بسته به نيازهاي كاربردي قطعات دست يافت. بعلاوه، با بهينه‌سازي شرايط تف جوشي، مي توان بيشترين نسبت استحكام به وزن را در قطعات متالورژي پودر بدست آورد. تمامي اين فاكتورها، گوياي اين حقيقت هستند كه تكنولوژي فولادهاي   تف جوشي شده نقش بسيار مهمي در كاهش وزن اتومبيل­ها 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:

پيستونهاي کمک فنر، هادي ميله کمک فنر، قرقره دندانه دار، چرخ دنده هاي حلزوني کوچک، ميله اتصال پمپ انژکتور موتور ديزل، تکيه گاه اهرم کنترل انتقال قدرت در اتومبيل سواري، حلقه سنکرو نایز کننده در کاميون، نگهدارنده آئينه داخل اتومبيل، چرخ همزمان کننده، چرخ دنده هاي پمپ اتومبيل، مجموعه چرخ دنده، شاتون خودرو و…[13].

 

شكل 1-6- قفل كنندة مخروطي كاميون شركت اسكانيا كه با تكنيكهاي متالورژي پودر و آهنگري [4]توليد شده [13].

شكل 17- يوكهاي انژكتور[5] كاميون ولو توليد شده به روش فورج (سمت چپ) و متالورژي 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 روشهای 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
  • Injection Yokes

تعداد صفحه : 127

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :