با استفاده از روش متالورژی پودر می­توان قطعاتی در گستره وسیعی از خواص فیزیكی 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 مكانیكی قطعات متالورژی پودر تابعی از دانسیته یا به عبارت دیگر تخلخل باقیمانده می­باشد. افزایش دانسیته در قطعات متالورژی پودر منجر به بهبود خواص فیزیكی و مكانیكی آنها خواهد گردید [6]. روشهای 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 ایزواستاتیك داغ، پرس ایزواستاتیك سرد، اكستروژن 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].

 

 

 

تكنولوژی متالورژی پودر این امكان را به وجود آورده است تا قطعات اتومبیل از جنس فولادهای        تف جوشی شده،‌ با هزینه تمام شده كمتر، حجم تولیدی زیاد، استفاده بهینه از مواد، صرف كمترین انرژی ممكن 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 سبك تر می باشند و نهایتا منجر به كاهش وزن اتومبیل خواهند گردید [11]. در كنار سوختهای جایگزین به جای سوختهای فسیلی یكی از اهداف سازندگان خودرو كاهش مصرف اتومبیل ها تا حد سه لیتر برای صدكیلومتر است كه برای رسیدن به این هدف كاهش وزن اتومبیل ها به موازات توسعه سیستم موتور و انتقال قدرت ضروری است. با استفاده از قطعات متالورژی پودر (قطعات فولادی تف جوشی شده) در كنار مواد سبكی مانند تیتانیم، منیزیم، آلومینیوم و پلاستیك های پیشرفته می توان وزن خودروها را كاهش داده و در نهایت باعث كاهش مصرف سوخت خودروها گردید. با استفاده ازتكنولوژی متالورژی پودر، می­توان به دانسیته های متفاوتی بسته به نیازهای كاربردی قطعات دست یافت. بعلاوه، با بهینه‌سازی شرایط تف جوشی، می توان بیشترین نسبت استحكام به وزن را در قطعات متالورژی پودر بدست آورد. تمامی این فاكتورها، گویای این حقیقت هستند كه تكنولوژی فولادهای   تف جوشی شده نقش بسیار مهمی در كاهش 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].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 1-6- قفل كنندة مخروطی كامیون شركت اسكانیا كه با تكنیكهای متالورژی پودر و آهنگری [4]تولید شده [13].                     شكل 1–7- یوكهای انژكتور[5] كامیون ولو تولید شده به روش فورج (سمت چپ) و متالورژی پودر     (سمت راست) [13].