بخشی از مقاله
متالورژی پودر
متالورژی پودر روشی برای ساخت و تولید قطعات فلزی و سرامیک است که اساس آن بر فشردن پودر مواد به شکل مورد نظر و تف‌جوشی آن است. تف جوشی در درجه حرارتی زیر نقطه ذوب صورت می‌‌پذیرد.
متالورژی پودر بخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع فلزگری میباشد. اولین کاربرد متالورژی پودر برای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود که در قرن ۱۹ میلادی صورت گرفت چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا وجود نداشت. در اوایل قرن بیستم فلزهای دیر گدازی مانند تنگستن، مولیبدن توسط روش متالورژی پودر شکل داده شدند. کاربیدهای سمانیت و یاتاقانهای برنزی متخلخل نسل بعدی قطعات متالورژی پودر بودند.
به این صورت قطعات متالورژی پودر در انواع صنایع مانند لوازم خانگی، اسباب بازی سازی و الکترونیک کاربرد پیدا نمود. آخرین کاربردهای قطعات متالورژی پودر در صنایع خودرو سازی می‌‌بود که موازی با رشد صنایع اتومبیل سازی رشد نمود به صورتی که امروزه بقای صنعت متالورژی پودر در کشورهای صنعتی بسیار وابسته به صنعت خودرو سازی میباشد.
در سال‌های ۱۹۵۰-۱۹۶۰ روشهای نوین مانند فُرج پودر و ایزو استالیک گرم در صنعت متالورژی پودر بکار گرفته شد. این روشها با تولید قطعات با دانسیته بالا توان رقابی قطعات متالورژی پودر را افزایش دادند.
گرچه روش متالورژی پودر امکانات ویژه‌ای را جهت تولید بعضی قطعات خاص فراهم ساخته است، که تولید آنها از طریق روشهای دیگر غیر ممکن یا بسیار مشکل میباشد ولی زمینه‌های که باعث فراگیر شدن استفاده از این روش گردیده است، عبارتند از :
• زمینه‌های اقتصادی
• بهره‌وری انرژی
• انطباق زیست محیطی
• ضایعات بسیار پائین
متالورژی پودر تکنولوژیی است، پویا. در طول سالها عوامل موثر بر این فن آوری بهبود داده شده‌اند به علاوه، تولید آلیاژهایی جدید و مستحکمتر و فرآیندهای تولید قطعات با دانسیته بالا مانند (Warm compaction، ایزو استالیک گرم، فرج پودر، extrusion، Powders rolling، Incretion mounding Powders ) همراه با کنترل عالی بر زیر ساختار هم چنین خصوصیت ذاتی فن آوری متالورژی پودر در تولید مواد مرکب، امکان ساخت محصولاتی از مواد ویژه و سنتی را در طیف وسیع از خواص با بالاترین کیفیت فراهم ساخته است.
با وجود تمامی مزیتهای متالورژی پودر، محدودیت این روش در اندازه و شکل قطعات تولیدی و هم چنین گران بودن ابزار و تجهیزات تولید که ظرفیتهای تولید کم را غیر اقتصادی می‌‌نماید، از نقاط ضعف این فن آوری در رقابت با دیگر فرآیندهای تولید است. توجیه استفاده از روش متالورژی پودر بر اساس تیراژ تولید میباشد. این امر در استفاده از متالورژی پودر در صنایع اتومبیل سازی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
با وجود اینکه از نظر تاریخی متالوژی پودر از قدیمی‌ترین روشهای شکل دادن فلزات است، اما تولید در مقیاس تجارتی با این روش، از جدیدترین راههای تولید قطعات فلزی است. در دوران باستان از روشهای متالوژی پودر برای شکل دادن فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان داشتند، استفاده می‌شد. اولین بار در اوایل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشی مشابه آنچه امروزه بکار می‌رود، با متراکم نمودن به صورت یکپارچه در آورده شد.
متالوژی پودر فرایند قالب گیری قطعات فلزی از پودر فلز توسط اعمال فشارهای بالا میباشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهای فلزی، عمل تف جوشی در دمای بالا در یک اتمسفر کنترل شده، انجام پذیرفته که در آن فلز متراکم، جوش خورده و به صورت ساختمان همگن محکمی پیوند می‌خورد
خواص مكانيكي قطعات متالوژي پودر پايه آهني
در اين تحقيق، سعي شده است به كمك روش مدلسازي شبكه عصبي مصنوعي و به منظور صرفه‌جويي در زمان و هزينه انجام آزمون‌هاي مكانيكي، خواص مكانيكي قطعات متالوژي پودر پايه آهني كه دسته مهمي از قطعات مصرفي در صنايع مختلف به‌خصوص خودروسازي است، با توجه به عوامل موثر بر اين خواص پيش‌بيني شود. به منظور رسيدن به اين هدف، برپايه تركيب 6 نوع پودر نمونه‌سازي شده و عوامل استحكام كششي نهايي، درصد ازدياد طول و سختي اندازه‌گيري شد. به كمك نتايج حاصله در نهايت 3 مدل شبكه عصبي از نوع FFNN طراحي شد كه در اين مدل‌ها استحكام كششي نهايي، درصد ازدياد طول و سختي به عنوان خروجي مدنظر قرار گرفتند. سپس، مدل‌ها به كمك داده‌هايي كه براي ساخت مدل از آنها استفاده نشده بود، تحت ارزيابي و تست قرار گرفتند.
مقايسه نتايج حاصل از مدلسازي در مقايسه با مقادير تجربي براي داده‌هاي تست، دلالت بر اين مطلب دارند كه مدل‌هاي طراحي شده قادرند در محدوده طراحي مدل و با دقتي موجود در محدوده دقت طراحي شده، عوامل موردنظر را پيش‌بيني كنند. بنابراين، با كمك اين مدل‌ها مي‌توان عوامل مورد نظر را بدون انجام آزمون‌هاي زمان‌بر و پرهزينه، در زماني كه شرايط اوليه در محدوده شرايط مدل‌هاي طراحي شده باشد، با دقتي مناسب پيش‌بيني كرد. تمامي مقادير درصد خطاها براي مدل‌هاي طراحي شده، در متن مقاله موجود است.
در ميان فناوري‌هاي مختلف قطعه‌سازي، متالورژي پودر از كارايي گسترده‌اي برخوردار است. يكي از مزاياي اين روش، قابليت آن در توليد قطعات پيچيده با كيفيت بالا و تلرانس‌هاي دقيق، با رعايت جنبه‌هاي اقتصادي است. با توجه به كاربرد گسترده قطعات توليد شده به روش متالورژي پودر در صنايع مختلف (به‌خصوص در صنايع خودروسازي) بررسي خواص مكانيكي و عوامل تاثيرگذار بر اين خواص، لازم و ضروري به نظر مي‌رسد. ريز ساختار اين مواد، نسبتا پيچيده بوده و از دو جزء اصلي تخلخل‌ها و زمينه تشكيل شده است. تمامي عوامل تاثيرگذار بر اين دو عامل، بر خواص مكانيكي نيز موثر هستند. مثلا، مي‌توان به نوع سرمايش و دماي زينتر اشاره كرد.
اگر بخواهيم تاثير تمامي اين عوامل را به كمك آزمون‌هاي تجربي بررسي كنيم، اولا نيازمند وقت و هزينه فراوان بوده، در ثاني از آنجا كه نمي‌توان تاثير تمامي عوامل را به طور همزمان درنظر بگيريم، لازم است برخي از آنها را ثابت فرض كنيم كه اين امر منجر به بروز خطا مي‌شود. به منظور غلبه بر اين مشكل، مي‌توان از تكنيك‌هاي مختلف مدلسازي استفاده كرد. يكي از اين تكنيك‌هاي جديد، روش‌هاي مدلسازي بر پايه شبكه‌هاي عصبي مصنوعي است كه در سال‌هاي اخير با استقبال قابل‌توجهي در شاخه‌هاي مختلف علم و مهندسي مواد روبه‌رو شده است.
ايده اين تكنيك، اولين بار براساس عملكرد سيستم مغز و اعصاب انسان، الگوبرداري شد و اولين كاربردهاي آن در كنترل سيگنال و پردازش چهره بود. در مطالعه حاضر، سعي شده است تا به كمك اين تكنيك مدل‌هايي براي پيش‌بيني خواص استحكام كششي نهايي، درصد ازدياد طول و سختي طراحي شود. در اين مدل‌ها، تركيب شيميايي نمونه‌ها، دماي زينتر، شرايط توليد پودر، نرخ سرمايش، درصد تخلخل، شكل تخلخل و درصد فازهاي پرليت، فريت، بينيت و مارتنزيت، همراه با انجام عمليات حرارتي، به عنوان ورودي در نظر گرفته شده است.
مواد و روش تحقيق
الف- مواد و آزمايشهاي تجربي
در اين تحقيق، به منظور نمونه‌سازي 6 دسته پودر LA, DH Distaloy, Distaloy HP, Astaloy Mo, ASC100.29, Ditaloy AE, Ultrapac مورد استفاده قرار گرفت. سپس، براساس مقدار كربن افزوده شده به اين پودرها، دسته‌هايي از نمونه به شرح جدول 1 در اختيار داشتيم.
با استفاده از اين 12 گروه، 63 نمونه «دمبلي» ساخته و آنها را در دو دماي 1120 و 1250 درجه سانتي‌گراد زينتر كرده ودر دو حالات صنعتي و آزمايشگاهي، سرد كرديم. دسته‌اي را تحت عمليات حرارتي سخت‌كاري و بازگشت قرار داديم. سپس، نمونه‌ها را برطبق استاندارد MPIF-42 چگاليسنجي كرديم. محدوده چگالي نمونه‌ها بين 5/6 تا 2/7 بود. اندازه‌گيري سختي ظاهري نمونه‌هاي توليدي، با روش «ويكرز» و تحت نيروي 5 كيلوگرم انجام گرفت. به اين منظور، از هر گروه 2 قطعه انتخاب شد و بر روي هر يك از قطعات آزمون سختي به طور متوسط 5 مرتبه تكرار شد.
قابل ذكر اينكه آزمون‌هاي سختي تحت استاندارد MPIF-43 انجام پذيرفتند. همچنين، براي تعيين فازهاي متالورژيكي موجود، ريزساختار «پوليش» و «اچ» شده هر دو گروه از قطعات مطابق با استاندارد ASTM-E384 تحت ميكروسختي سنجي ويكرز با نيروي 5/0 كيلوگرم قرار گرفتند. براي تعيين استحكام كششي نهايي و همچنين بررسي و مقايسه سطوح شكست در بارگذاري‌هاي كششي و تناوبي، آزمون كشش بر روي نمونه‌هاي آزمايش بر طبق استاندارد MPIF-10 (17) انجام پذيرفت. اين آزمون توسط دستگاه كشش Zwick/ Roell Z050 در آزمايشگاه خواص مكانيكي شركت ساپكو با سرعت 1 ميلي‌متر بر دقيقه انجام گرفت.
