متالورژی ، از سپیده دم تاریخ تا امروز (۵)

نورد برای تهیه میله، ورق، تیرآهن و پروفیل های مختلف آهنی و غیر آهنی، ریخته گری برای تهیه مصالح نیمه ساخته یا محصولات نهایی، عملیات حرارتی برای بدست آوردن خواص مطلوب در کاربردهای مختلف، جوشکاری، متالورژی پودر، ماشین کاری، آلیاژ سازی، مطالعه رفتار فلزات در شرایط کاربردی متفاوت و … شاخه های مختلف متالورژی صنعتی را تشکیل می دهند.
هر یک از دو شاخه اصلی متالورژی را معمولا” به دو گروه آهنی و غیر آهنی تقسیم می کنند. متالورژی آهنی به آهن و فولاد و آلیاژهای آنها مربوط می شود و متالورژی غیر آهنی در برگیرنده بقیه فلزات است. فلزات غیرآهنی مانند: روی، مس، آلومینیوم، سرب، طلا، نقره، نیکل و غیره را فلزات رنگین نیز می نامند. در اینجا برای اینکه تفکیکی بین مهندسی مواد و مهندسی متالورژی قائل شویم باید بگوییم به طور کلی، مواد صنعتی را به سه گروه عمده فلزات، پلاستیکها و سرامیکها تقسیم بندی می کنند. که در این میان فلزات بزرگترین گروه را تشکیل می دهند. گستره مهندسی متالورژی در برگیرنده هر کاری است که روی فلزات، یا با فلزات و سنگ معدنهای آنها انجام می شود.

امروزه متالورژی از یک فن مبتنی بر آزمون و تجربه صرف، به ترکیبی از فن و علم تبدیل شده است که پیوندی نا گسستنی و تنگاتنگ با سایر علوم دارد و بخش بزرگی از صنایع تولیدی هر کشور، به ویژه صنایع مادر را، تشکیل می دهد.

روشهای تولید فلزات

انتخاب روش تولید عمدتا” به مسائل اقتصادی، خواص فلزات، زمان تولید، اندازه، شکل و تعداد قطعات مورد نیازبستگی دارد. به عنوان مثال فلزاتی که خاصیت پلاستیک کمی داشته یا قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند،به روش ریخته گری شکل داده می شوند. به منظور آگاهی بیشتر از نحوه انتخاب روش تولید و شناخت مسائلفوق، روشهای تولید به اختصار تشریح می گردند.

ریخته گری

ریخته گری عبارت است از شکل دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب، ریختن مذاب در محفظه ای به نام قالب و آنگاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب. این روش قدیمی ترین فرآیند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است.
اولین کوره های ریخته گری از خاک رس ساخته شده بود که لایه هایی از مس و چوب به تناوب در آن چیده می شد و برای هوا دادن از دم (فوتک) بزرگی استفاده می کردند. بسیاری از قالبهای اولیه نیز از خاک رس، خاک نسوز، ماسه و سنگ تهیه می شد. شواهدی در دست است که چینی ها در حدود ۷۰۰ سال قبل از میلاد به ریخته گری آهن مبادرت ورزیدند ولی یافتن قطعات ریختگی از خرابه های شهر حسن لو در آذربایجان شرقی نشان دهنده توسعه این فن در سال ۹۰۰ قبل از میلاد در ایران بوده است.

 

ریخته گری هم علم است و هم فن، هم هنر است و هم صنعت. به هر میزان که ریخته گری از حیث علمی پیشرفت می کند، ولی در عمل هنوز تجربه، سلیقه و هنر قالب ساز و ریخته گر است که تضمین کننده تهیه قطعه ای سالم و بدون عیب می باشد. این فن از اساسی ترین روشهای تولید است، زیرا حدود ۵۰ درصد وزنی کل قطعات ماشین آلات به این طریقه ساخته می شوند. برای ریخته گری، از فولاد و چدن (فلزات آهنی)، برنز، برنج ، آلیاژهای آلومینیم و منیزیم و آلیاژهای منیزیم و روی (فلزات غیر آهنی) استفاده می شود.
معمولا روشهای ریخته گری را به نام ماده سازنده قالب نام گذاری می کنند مانند ریخته گری در ماسه که جنس قالب آن ماسه است. مهمترین روشهای ریخته گری عبارتند از:
الف – ریخته گری در قالبهای موقت شامل ریخته گری در ماسه و در قالبهای پوسته ای
ب – ریخته گری در قالبهای دائمی شامل ریخته گری در قالبهای فلزی به روش گریز از مرکز یا تحت فشار.

متالورژی پودر

با آنکه از نظر تاریخی متالورژی پودر از قدیمی ترین روشهای شکل دادن فلزات می باشد، اما تولید در مقیاس تجارتی با این روش، از جدیدترین راههای تولید قطعات فلزی است. در دوران باستان از روشهای متالورژی پودر برای شکل دادن فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان می توانستند بوجود آورند، استفاده می کردند.
اولین بار در اوایل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشی مشابه آنچه امروزه به کار می رود، با متراکم نمودن به صورت یکپارچه در آورده شد.
متالورژی پودر (متالورژی گرد)، فرآیند قالب گیری قطعات فلزی از پودر فلز (یا مخلوط پودر فلزات) توسط اعمال فشارهای بالا می باشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهای فلزی، عمل تف جوشی (سینتر کردن) در دمای بالا در یک اتمسفر کنترل شده ( گاز هیدروژن، ازت، هلیم) انجام پذیرفته که در آن فلز متراکم، جوش خورده و به صورت ساختار همگن محکمی پیوند می خورد.
امروزه موارد کاربرد اصلی متالوژی پودر را به پنج قسمت تقسیم می کنند:
الف – آلیاژ کردن فلزهای غیر قابل آلیاژ، مثلاساخت نقاط اتصال و جاروبک های موتور از پودرهای مس وگرافیت در صنعت برق
ب – ترکیب کردن فلزها و غیر فلزها ، نظیر مواد اصطکاکی ساخته شده از مس، آهن و آزبست
پ – ترکیب کردن فلزهای دارای نقطه ذوب بالا با یکدیگر برای ریخته گری، نظیر تنگستن، تانتالیم و مولیبدن ت – ساخت قطعات فلزی با خواص عالی، نظیر یاتاقانهای خود روانکار که به علت وجود شبکه ای از خلل و فرج پیوسته (توسط روغن پر شده در آنها) به خودی خود روغن کاری می شوند.
ث – تولید قطعات ظریف و دقیق، نظیر بوش ها ، بادامک ها و چرخ دنده ها.

 

نویسنده: آقای دکتر کامران خداپرستی

طراحی و پشتیبانی : آسان پرداز