تحقیق مقاله سرمت متریال

چکیده:

سرمت های مخلوطی از فلز و سرامیک هستند. سرمت از حدود سال 1930 به اشکال مختلف مورد استفاده قرار گرفته است ولی تا سالهای 1970 کار عملی جدی روی آن انجام نشده بود. این پیوند مولکولی می تواند مابین فلزات مختلفی مانند آهن، کبالت، نیکل و کروم و سرامیک‌های نظیر اکسید، کربور، نیترور، بورور، سیلیکات تشکیل شود. پیوند مولکولی تشکیل شده این فلزات و سرامیک ها بسیار محکم بوده و این مواد دارای خواص ویژه ای می باشند.

بسته به نوع فلز و سرامیک ترکیبی، سرمت های متفاوت با خواص متمایز جهت کاربردهای خاص می تواند تشکیل شود ولی تقریباً کلیه سرمتها در خواص ذیل مشترک می باشند.

سختی بسیار بالا

مقاومت در مقابل خوردگی شیمیایی

رفتار مکانیکی مابین فلز و سرامیک

مقاومت حرارتی بالا

مقاومت خوب در برابر خزش

امروزه از فرمول های متنوع تری از سرمت مانند تنگستن کارباید تیتانیوم کاربونیتریدها برای افزایش عمر و کاربری بهتر ابزار برش استفاده می شود. همچنین فلزاتی نظیر آلومینیوم، تیتانیوم، مس و آلومینیوم تیتانیوم بین فلزی که با الیاف یا ویسکرهای کاربید سیلیسیم تقویت شده اند از خود افزایش قابل ملاحظه ای در خواص مکانیکی به ویژه در دماهای بالا نشان می دهند این سرمت های برای سازه های هوا فضای پیشرفته مورد توجه است.

در این پروژه تولید سرمت های کاربید تیتانیوم زمینه فولادی مد نظر است و هدف این پروژه افزایش مقاومت به سختی در حرارت بالا می باشد.

فصل اول:تعریف و طبقه بندی سرمت ها

1-1- مقدمه:

سرمت، نامی اختصاری که در تمام جهان برای ترکیبی همگن که از فلزها یا آلیاژها یا یک یا چند فاز سرامیکی است که متشکل از تقریباً 15 تا 18 درصد از حجم آن است و انحلال پذیری نسبتاً اندکی بین فازهای فلزی و سرامیکی در دمای آماده سازی وجود دارد به کار می رود. تعریفی خوب از کلمه سرامیک را می توان در« فهرست سرامیکی» پیدا کرد . هر نوع محصول غیر عادی، غیر فلزی که در طول ساخت یا استفاده در معرض دمای بالا قرار می گیرد. بطور نمونه، اما نه منحصراً، سرامیک یک اکسید،براید،کاربید فلزی، یا ترکیب یا مخلوطی از چنین موادی است؛ که در آنها آنیونهایی وجود دارد که نقش مهمی در ساختار و خواص اتمی بازی می کند.» با داشتن منبعی خاص در مورد سرمت ها، این تعریف از جزء سرامیکی می تواند تا مرزی گسترش یابد که شامل نیتریدها، کربونیتریدها و سیلیسیدها نیز بشود.

در دیدی وسیع، سرمت ها همانند نوع خاص مواد  سخت و دیرگداز موجود در طبقه کلی، زمینه فلزی کامپوزیت ها هستند. در مقاله های علمی این موضوع پوشش خوبی داده شده است، به ویژه در طیف حجم شکستگی های خاص قابل مقایسه و اجزاء فلزی. در مقام مقایسه با لایه های کامپوزیت،ترکیب فلز و غیر فلز در سرمت ها در مقیاس بسیار ریز اتفاق می افتد.فاز غیر فلزی معمولاً غیر رشته ای است اما تعدادی دانه های ریز غیر هم محور تشکیل یافته که به خوبی در هم پراکنده شده و به زمینه فلزی چسبیده اند. در صورتی که جزء فلزی یا سرامیکی غالباً به صورت رشته‌ای می باشند، ماده باید به عنوان یک ماده ی کامپوزیتی در نظر گرفته شود. اتصال بین فاز غیر فلزی و زمینه فلزی اثرات مهمی را در بین سرمت ها ایجاد می کند؛ این مورد به شدت بر ارتباطات فازی، انحلال پذیری و ویژگی های مرطوب شدن که در ارتباط با اجزاء سرامیکی و فلزی هستند، تاًثیر می گذارد. تفاوت در بین اندازه ی جزء سرامیکی به سیستم و کاربرد آن مربوط است. این میتواند ریزی 50 تا 100 میکرومتر باشد، همانگونه که در بعضی از انواع سرمت ها بر پایه ی دی اکسید اورانیوم(uo2) که برای عناصر سوخت راکتور هسته ای استفاده می شوند یا به ریزی 1 تا 2 میکرومتر، که در نوع ریز ذرات کاربیدهای سمانته شده وجود دارد. می باشد. در صورتی که جزء سرامیکی، کوچکتر و در اندازه های کمتر می باشد، ماده می تواند به عنوان طبقه ای از آلیاژ مقاوم شده تلقی شود و بنابراین از تعریف مورد قبول برای سرمت ها خارج می شود.

هدف اصلی از ترکیب فلز و سرامیک در مقیاس معمولی، دستیابی یه کیفیت مورد نظر و حذف خواص نا مناسب و نا خواستنی هر دو نوع ماده است. مثال برجسته ای از خواص مطلوب که از مواد سرامیکی و فلزی حاصل می شود انواع فلزات سخت است که از کاربیدهای سمانته ساخته می شوند.

کاربیدهای سمانته شده از رشدی دائمی در 6 دهه ی گذشته برخوردار بوده اند.در طول این زمان، توسعه مواد ابزارهای ساخته شده از سرمت/ فلز سخت از کاربیدهای با پایه ی فلز تنگستن به مواد پیچیده ی کاربیدی و با پایه ی نیتریدی رفت(جدول 1)

جدول 1 :تاریخچه ای ا ز توسعه تولیدات سرمت وبازا ریابی آنها

(جدول در فایل اصلی موجود است)

بطور کلی سرمت ها برای کاربردهایی نظیر ابزار برش استفاده می شدند. در حدود 45 سال پیش، آنها در کاربردهای دیگری نیز به ایفای نقش پرداختند همانند سیستم های پیشرانش(فشار به سوی جلو) از این مواد انتظار می رود که خواص سرامیک مانند رفتار دیرگدازی، مقاومت و پایداری در مقابل خوردگی، بطور مفیدی با بخش پایه ی فلزی که خواصی مانند شکل پذیری بالا، و هدایت حرارتی دارد همکاری نماید و دیگر اینکه بعضی از مواد عالی جدید برای کاربردهای با دماهای بسیار زیاد تولید شوند. متاسفانه با وجود تلاش های بسیار در ایالات متحده و اروپا در طول دهه ی 1950 این اهداف حاصل نشدند. میزان چکش خواری و سختی حاصل از بخش چسباننده ی فلزی برای بسیاری از کابردهای حیاتی نظیر موتور توربو جت(هواپیمای جت توربین دار)و پره های جت ایستگاه گازی یا تیغه های نازل ها، ناکافی باقی ماند. هر چند که در موارد دیگر، سرمت ها، مواردی را برای مواد مورد استفاده در مهندسی بهبود بخشیدند، به خصوص در ابزاری که بر پایه ی کاربید تیتانیم(TiC) یا کربونیتراید تیتانیم(TiC,N) هستند، و نیز در بعضی از انواع عناصر سوخت هسته‌ای سرمت های بر پایه ی دی اکسید اورانیوم، به همان خوبی آنهایی که بر پایه ی کاربید اورانیوم(UC) هستند، امکان تبدیل شدن به سوخت هسته ای را دارند. سرمت های بر پایه ی بورید زیرکونیوم(ZrB2) یا بورید سیلیکون(SiC) و بقیه که شامل اکسید آلومینیوم(Al2O3)، دی اکسید سیلیکون کاربید بور(B4C) یا ترکیبات دیرگداز همراه با الماس هستند، خواص یکسانی دارند. بعضی ها بطور اقتصادی در طیف وسیعی از کاربردها که شامل ابزارهای ماشین کاری گرم، شفت ها و بدنه در پوش لوله های فلزی، اجزاء شیر فلکه و بخش های پوشاننده، لوله ها و فازل ها در معرض دماهای بسیار بالا، اجزاء موتور موشک، گیره های کوره و عناصر اصلی آن، چرخ های ساینده و سرمت های شامل الماس و دندانه های اره، می شود. بکار می روند.

یکی از کاربردهای مهم سرمت ها شامل مواد ابزار برش می باشد که از TiC یا TiC,N به عنوان فاز به شدت دیرگداز استفاده می کند. همچنین کاربید مولیبدن(MO2C) و دیگر کاربیدها بر اساس فرمول بندی این سرمت ها ساخته می شوند. مقاومت به خوردگی و سایش لبه و دیواره مواد ابزار ساخته شده از سرمت TiC و TiC,N بهتر از همین خواص متعلق به ابزارهای کاربیدهای سمانته شده معمول(که کبالت مخلوط با کاربید تنگستن است) می باشد. در مقایسه با ابزارهای برش سرامیکی، این سرمت ها اجازه ی برش سنگین را دارند که در سرعت بالا، نتیجه ی آن میزان بیشتری از فلز حذف شده در سطوح قابل مقایسه با عمر ابزار است. به روشنی سرمت ها دارای ویژگی های مواد ابزار برش هستند که قادر است فاصله بین کاربیدهای سمانته شده معمولی و سرامیک ها را پر سازد.

یکی از کاربردهای صنعتی سرمت احیاگری مکانیکی است.  یکی از نتایج حاصل از بازرسی‌های CM و خصوصاً آنالیز روغن وجود درصد بالای فلز در روغن آنالیز شده و نشان از وجود خوردگی فلزی است که در سطوح درگیر رخ می دهد.

سرمت که ماده ی ترکیبی از سرامیک و فلز است طبق تکنولوژی نوینی که در چند کشور جهان به ثبت رسیده است ساخته شده که به محلهای خوردگی همراه روانکار(روغن یا گریس) تزریق می شود.در صورتی که محیط انرژی لازم یعنی دما و فشار مناسب را جهت واکنش ها داشته باشد، سرمت باعث می شود ذرات فلز موجود در ماده روانکار به سطوح خورده شده باز گشته وبه مرور زمان خوردگی ترمیم شده و علاوه بر آن سطحی بسیار صیقلی حاصل می شود.

در این روش نیازی به توقف تجهیز نبوده و تعمیر در حین کار و بهره برداری عادی تجهیز صورت می پذیرد.

اصطلاح "Revitalization" از واژه لاتین(vita) به معنی زندگی گرفته شده و به معنای احیای مجدد است. کشف پدیده احیا گری مبتنی بر فرایندهای فیزیکی و شیمیایی انحصاری است که تحت شرایط ویژه ای در ناحیه ی دارای اصطکاک رخ می دهد.

سرمت که ترکیبی از دو نام سرامیک و فلز است و حاوی یک نوع ماده اولیه و یک کاتالیزور است، انرژی اضافی حاصل از اصطکاک گرما و فشار را صرف تشکیل سطحی جدید بر روی قطعات می کند. فرایند احیاگری به محض آنکه شکل هندسی قطعه(یا قطعات دستگاه) ترمیم شده و به شکل اولیه بازگردد،پایان می یابد. با انجام عملیات احیاگری قطعاتی که در تماس با یکدیگر هستند با هم کاملاً انطباق می یابد. پس از احیاگری سطوح قطعات به مانند شیشه صیقلی می گردد.ضخامت این لایه های باز سازی شده بر روی قطعات فرسوده پمپها چند میکرون، در مورد موتور خودروها تا دهها میکرون و بر روی چرخ دنده ها تا صدها میکرون می رسد.

1 -2 – طبقه بندی:

سرمت ها می توانند بر طبق اجزاء دیرگدازشان طبقه بندی شوند. در این سیستم، رده های اصلی سرمت ها با حضور شش جزء مشخص می شود.

کاربیدها، کربونیتریدها،نیتریدها،اکسیدها،بوریدها و انواع مواد کربن دار.

فاز چسباننده ی فلزی می تواند از عناصر گوناگونی تشکیل شود، به صورت تنها و یا بصورت ترکیبی، مانند نیکل،کبالت،آهن،کروم،مولیبدن و تنگستن؛همچنین می تواند شامل دیگر فلزات نیز مانند فولاد زنگ نزن، سوپر آلیاژها،تیتانیم،زیرکونیوم یا بعضی از آلیاژهای با نقطه ذوب پائین مس یا آلومینیوم نیز باشد. حجم کل فاز چسباننده تماماً به خواص مورد نظر و استفاده نهایی مورد نظر از ماده بستگی دارد. این حجم می تواند از 15 تا 85 درصد باشد، اما برای کاربردهای ابزار برش، بطورکلی،کمتر از نصف از مقدار کل نگهداشته می شود(برای مثال 10 تا 15 درصد از درصد وزنی)اتصال(پیوند) فلزی برای هر سرمت به منظور رسیدن به ساختار و خواص مورد نظر برای کاربردی خاص،انتخاب می شود.گروه فلزات آهنی و آلیاژهای آنها در طبقه ی فلزات سخت کاربید تنگستن سمانته شده غالب هستند؛نیکل و به میزان کمتر کبالت و آهن ترکیبات مطلوب را برای سختی بالا و چکش خواری خوب دارا می باشند.

با تمام این احوال، ماده چسباننده برای یک سرمت می تواند از گروهی از فلزات واکنش پذیر انتخاب شود مانند تیتانیم یا زیرکونیوم و یا می تواند از یک سری از فلزات دیرگداز که شامل کروم،نیوبیوم،مولیبدن و تنگستن می باشد، انتخاب شود. فلزات و آلیاژهای کمتر ذوب شونده و در درجه اول آنهایی که بر پایه ی مس و آلومینیوم می باشند.از لیست چسباننده ها و از انتهای مقیاس حرارتی آن خارج هستند. با این وجود اغلب آلومینیوم در کامپوزیت های با زمینه فلزی وجود دارد.

1-2-1- سرمت های با پایه ی کاربید:

سرمت ها با پایه ی کاربید بزرگترین دسته از سرمت ها هستند، حتی اگر لغت سرمت بسیار سخت گیرانه بکار رود و گستره ی وسیعی از کاربیدهای سمانته شده بکار رفته در ابزار برش و بخش های پوشاننده بر پایه ی کاربید تنگستن(wc)را در نظر نگیرد. از زمان تکنولوژی سرمت، مفهوم برجسته به این صورت بوده است که این مواد بر پایه ی TiC به عنوان بخش سخت اصلی و نیز بخش دیر گداز هستند که با اتصال به یکدیگر، هر نوع از فلزات یا آلیاژهای شکل پذیر دیرگداز را تشکیل می دهند(بیشتر از آنچه برای کاربیدهای سمانته شده تنگستن استفاده شده است).

سرمت های TiC کاربردهایی در ابزار و پوشش های مقاوم، همچنین در سیستم هایی که برای دماهای بالا و فشارهای زیاد بکار می روند همچنین در محیطهای خورنده استفاده می شوند.سرمت های با پایه ی SiC و B4C که عموماً به عنوان کامپوزیت زمینه فلزی طبقه بندی می شوند اهمیت ویژه ای در صنایع به خصوص در پوشش ها و قسمت های ضد سایش و ضد خوردگی بدست آورده اند؛همچنین این مواد در کاربردهای راکتور هسته ای نیز استفاده شده اند؛ موادی با پایه ی کاربید کروم(Cr3C2) برای انواع مختلفی از کاربردهای مقاوم به خوردگی و نیز به عنوان بلوک های مدرج و شاخص استفاده شده اند؛ با این حال به نظر می رسد که آنها بسیاری از استفاده های صنعتی خود را از دست داده اند.

1-2-2- سرمت های با پایه ی کربونیترید:

سرمت های با پایه ی کربونیترید می توانند همراه با انواع مختلف کاربیدها یا بدون آنها تولید شوند(که MO2C مهمترین است)؛ آنهابا چسباننده های عادی کاربید سمانته شده به هم چسبیده اند.

در حال حاضر این مواد جزء اولین سرمت ها برای به کار برده شدن در ابزارها می باشند. مقاومت افزایش یافته ی آنها، که این مواد را برای ابزارهای برش با سرعت بالا مناسب می سازد، به دلیل بهبود چسبندگی بین دانه های سخت کاربید و فلز چسباننده است. بهبود چسبندگی نتیجه ای است از بهم آمیختن و اختلاط(بدون آنکه خواص آن تغییر کند) در سیستم های چهار گانه ی TiC، TiN، MOC، MON که سبب جابجایی بازگشتی در دو فاز هم ساختار می شود که بطور اساسی قابلیت مرطوب شدن چسب را بهتر می کند.

1-2-3- سرمت های با پایه ی نیترید:

سرمت های با پایه ی نیترید یک طبقه ی خاص از مواد سازنده ی ابزار را تشکیل می دهند. نیترید تیتانیم و به خصوص نیترید بور مکعبی(CBN) در صورتی که با یک ماده ی چسباننده ی سخت ترکیب شوند، ابزارهای برش بسیار عالی را تولید می کنند.نیترید تیتانیم و نیترید زیرکونیوم(ZrN) که خود را به عناصر سخت فلزی متصل کرده اند، برای مقاصد، مقاوم به فرسایش و نیز مقاوم به گرمای خاص تولید می شوند.

1-2-4- سرمت های با پایه ی اکسید:

 سرمت های با پایه ی اکسید دسته ای را تشکیل می دهند که UO2 و یا دی اکسید توریوم(ThO2) را شامل می شود که برای اجزاء شکاف هسته ای در عناصر سوخت آن به کار می روند؛ Al2O3 یا دیگر اکسیدهای بسیار دیرگداز برای سازندگان و کسانی که با فلزات بصورت مایع سرو کار دارند(برای مثال مجرای جریان فلز مذاب)و نیز بخش های دیگر کوره استفاده می شود؛ و SiO2 که برای عناصر اصطکاکی مناسب است. مخلوط Al2O3 با TiC برای ابزار ماشین کاری به روش گرم مناسب است.

1-2-5- سرمت های با پایه ی بوراید:

سرمت های با پایه ی بوراید، فاز غالبشان بوراید یکی از فازهای انتقالی است. این سرمت ها مقاومت در مقابل سایش و دماهای بالایی را برای کار به همراه فلزات فعای مانند آلومینیوم در حالت ذوب شده یا بخار ایجاد می کنند. ترکیبی از ZrB2 و SiC در مقابل فرسایش ناشی از گازهای شیمیایی پیشران موشک ها مقاوم است.

1-2-6- سرمت های محتوی کربن:

سرمت های محتوی کربن، موادی هستند که شامل گرافیت به نسبت های مختلفی می باشند. این مواد برای رنگ ها و اتصالات الکتریکی یا به عنوان بخش تشکیل دهنده ی کوچکی که روانکاری را در عناصر سایشی ایجاد می کنند استفاده می شوند. همچنین در این رده قطعات الماس درون زمینه فلزی وجود دارد که برای ابزار خاص استفاده می شود.

فصل دوم : تکنیک های ساخت وتولید سرمت

2-1- مقدمه

روش های استفاده شده برای آماده سازی پودر، شکل دادن، حرارت دادن یا زینترینگ و عملیات شکل دهی سرمت ها بسیار شبیه به سرامیک و فرایندهای متالوژی پودر([1](P/M است.

شکل1، یک نمودار از روش های متالورژی پودر( (P/M قابل استفاده مختلف برای سرمت ها است. جدول 2 ویژگی های نسبی روش های تشکیل دهنده ی اصلی را که در تولید پایه ی کاربید و بیشتر دیگر انواع سرمت ها بکار می رود، خلاصه کرده است. فرایندهای اصلی شکل دهی سرد(آهنگری سرد) و زینترینگ، زینترینگ فشاری و تراوش(در متالوروژی به کشیده شدن فلز مایع به داخل خلل و فرج فلز دیگر توسط نیروهای پیوستگی گفته می شود) می باشند. فرایند فشار کاری سرد شامل فشرده سازی به روش تمام محوره ی هم فشار و نیز فشار تک محوره می شود. ترکیبات پودری در فشار 35 تا 100 مگاپیکسل (14/5 ksi تا 5) فشرده می شوند.روش اصلی شامل فشار دادن پودری است که با واکس روغن کاری شده(البته به روش خشک) در قالب های فلزی محکم با دو صفحه ی پرس کننده ی رو به روی هم،برای میله های دراز یا لوله ها با سطح مقطع یکسان، این قالب ها توسط روش اکستروژن که ذرات پودر در چسب یا واکس آلی مناسب قرار داده شده اند،استفاده می شوند. برای ساخت شکل های پیچیده بزرگ، پودر خشک در قالب قابل انعطاف قرار داده می شود و از همه ی جهات با فشار هیدرواستاتیک ناشی از یک سیلندر فولادی تقویت شده و محکم بسته شده، فشرده می شود.

(شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل1 : روشهای متالورژی پودر تولید سرمت و کاربیدهای سمانته

جدول2 :.روشهای شکل دادن سرمت

2-2- آماده سازی پودر:

اولین گام در فرایند تولید سرمت، مخلوط کردن و آسیاب کردن پودرهای تشکیل دهنده است. این مخلوط تشکیل شده از ماده ی که فاز سخت را تشکیل می دهد در حالت پودر و فلز یا فلزات خاص به نسبت های مناسب و لازم برای ترکیب چسب آلیاژ که در آسیاب گلوله ای، آسیاب می‌شوند.

گلوله ها از کاربید تنگستن یا بهتر از آن از یک سرمت بسیار زینتر شده ساخته می شوند. آسیاب می تواند با همان نوع از مواد سرمت برای کاهش امکان ترکیب شدن با آلودگی ها، همجنس باشد. علاوه بر آسیاب های گلوله ای مرسوم، آسیاب های گلوله ای سوزان پر انرژی و آسیاب های ساینده نیز استفاده می شوند. با انواع جدیدتر آسیاب ها، مواردی مانند زمان آسیاب کردن مواد، انرژی و فضای اشغال شده می تواند کاهش یابد. در طول فرایند آسیاب کنی، ذرات فاز سخت خرد شده و کاملاً با فلز چسباننده پوشانده می شوند. از مایعات آلی مانند هگزان در این فرایند استفاده می شود تا‌ سرعت افزایش دما را تقلیل دهد و از اکسید شدن مواد جلوگیری نماید. پس از اینکه پودرها تا اندازه‌ی 325 مش بندی و یا کمتر از آن آسیاب شدند، مخلوط پیش از هر فرایند و استفاده ی دیگری خشک می شود. سپس یک ماده ی روانکار اضافه شده و مخلوطهای پودری برای فشرده شدن در دستگاه پرس خودکار به منظور تشکیل ذرات بزرگتر(agglomerate) آماده می شوند تا بتوانند به راحتی از   دهانه ی محفظه ی خوراک دستگاه جاری شود.

2-3- زینترینگ:

همه ی سرمت ها به زینترینگ فاز مایع نیاز ندارند، اما تقریباً اکثر آنها برای تبدیل قطعه ی جدید به جامد، محکم و یک محصول قوی از این فرایند استفاده می کنند. به هنگام زینتر کردن قطعات فشرده شده از مخلوط پودرها بسته به پارامترهایی نظیر ترکیب شیمیایی دقیق مخلوط پودر، دمای زینتر یا حتی نرخ گرم کردن تا آن دما، شرایط برای برقراری مکانیزم های آلیاژ سنگین، زینتر به همراه فاز مذاب یا حتی زینتر در حالت جامد فراهم می شود. قطعات فشرده شده از مخلوط پودرهای آهن -  مس، حاوی مقدار مسی کمتر از حد حلالیت آن در آستنیت، را می توان در دمای زینتری بیش از نقطه ذوب مس زینتر کرد بدون آنکه فاز مذاب به وجود آید مثلاً آلیاژی از Fe%93 ، Cu%7 را می توان خیلی آهسته تا دمای زینتر 1150 درجه سانتیگراد گرم کرد به طوریکه بدون تشکیل فاز مذاب محلول جامدی از مس در آهن به وجود آید، به ویژه اگر اندازه ذرات پودر ریز باشد یعنی فاصله دیفیوژن خیلی کوچک باشد این را میتوان زینتر در حالت جامد بر اثر دیفیوژن داخلی به حساب آورد. اگر قطعات فشرده شده خیلی سریع گرم شوند، شرایط زینتر به همراه فاز مذاب گذرا بر قرار خواهد شد، یعنی مادامی که قطعه فشرده شده تا دمای زینتر گرم می شود مذاب به وجود می آید ولی در عین زینتر به سبب دیفیوژن داخلی نا پدید می شود. آلیاژهای آهن- مس حاوی مقدار مس بیشتر از حد حلالیت مس در آستنیت در دمای زینتر( تقریباً Cu%7/5 در 1100 درجه سانتیگراد)به عنوان مثال های کلاسیک برای فرایند زینتر به همراه فاز مذاب انتخاب شده اند، که طی فرایند زینتر، فاز مذاب پایدار است قطعات در فاصله انجماد سیستم آلیاژی زینتر می شوند و در طی تمامی مرحله زینتر نا همگن هستند. دماهای زینترینگ تماماً به سیستم سرامیک- فلز مربوط هستند و به انتخاب بین فاز جامد و مایع در زینترینگ ارتباط دارند. دماهای نمونه برداری محصولاتی که زمینه ی آنها شامل برنز، نقره یا مس است از 850 تا 1050 درجه ی سانتیگراد(1560 تا 1920 درجه ی فاز نهایت)، برای کاربیدهای سمانته شده 1300 تا 1500 درجه ی سانتیگراد (2370 تا 2730 درجه ی فاز نهایت) است برای کاربردهایی که به ماشینکاری ریز یا دانه بندی نیاز دارند مانند بسیاری از ابزارها و قطعات کاربید سمانته شده، پیش زینتر کردن در دمای 1000 تا 1100 درجه ی سانتیگراد(1830 تا 2010 درجه ی فاز نهایت) نیاز است تا نقاط تماس فلزی بتواند اتصال یابند و مقاومت کافی در بدنه ایجاد شود تا جسم بتواند ماشینکاری زبر و خشن را تحمل کند. این کار برای مواد منقبض شونده که در طول مدت پس از زینترینگ انقباض در آنها روی می دهد انجام می شود. بسته به چگالی جسم تازه، قطعات سرمت می توانند در هنگام زینترینگ فاز مایع تا 18 الی 25 درصد به صورت خطی(45 تا60 درصد) صورت حجمی، منقبض و کوچک شوند. در سیستم های با توانایی زینترینگ عالی، واقعاً تمام تخلخل از بین می رود.

در طول هر فرایند زینترینگ، به ویژه در هنگام فرایند فاز مایع، بسیاری از پدیده های متالوژیکی پیچیده روی می دهند که به دما، جو درون کوره(هیدروژن، گاز خنثی یا خلأ) و دینامیک سیستم فلز- سرامیک خاص بستگی دارند.پدیده ای که در طول مدت زینترینگ سیستم WC-CO مشاهده شده برای مدت بسیار طولانی ای طول می کشد.به هنگام گرم کردن قطعه فشرده شده ی حاصل از مخلوط پودرهای کاربید تنگستن در کبالت یک فاز مذاب در اثر واکنش بین آنها به وجود می آید. بنابراین، زینتر کردن کاربید های سمانته مثالی از زینتر به همراه فاز مذاب است. مقاله های علمی معتبر در مورد سیستم پایه و بسیاری از آلیاژهای مختلف آن موجود است.

2-3-1- مکانیزم زینترینگ به همراه فاز مایع:

برای معرفی مهمترین مشخصه های زینتر کردن به همراه فاز مذاب که در آن مکانیزم آلیاژ سنگین برقرار است باید به مقاله مربوط به زینتر کردن آلیاژ های سنگین تنگستن، نیکل، مس مراجعه کرد که در زمینه سرمت ها قابل کاربرد است این فرایند زینترینگ به همراه فاز مایع شامل مشخصه هایی به شرح زیر است:

● ترکیب شیمیایی طوری انتخاب می شود که ماده ای که در طی زینتر کردن درحالت جامد باقی می ماند، در فاز مذاب، محلول باشد.

● دمای زینتر کردن باید تا حد ممکن زیاد باشد تا مقدار قابل ملاحظه ای فاز مذاب به وجود آید در دمای بیش از آن، چگالی قطعه به سرعت افزایش می یابد.

● اندازه ذرات پودری که به عنوان فاز جامد عمل می کند، مهم است. چگالی پودری با ذرات ریز سریع تر و کامل تر افزایش می یابد.

● چگالی نهایی مستقل از فشار تراکم است. برای رسیدن به چگالی تئوری، قطعات تحت فشار کم بیشتر از هنگامیکه تحت فشار زیاد هستند متراکم می شوند.

● ریز ساختار، رشد دانه ها را هنگامیکه با اندازه ی ذرات پودر فاز سخت اصلی مقایسه می شوند نشان می دهد. این رشد دانه می تواند ارزیابی شود و خود مستقل از زمان و دمای زینترینگ است.

هنگامیکه ذرات فاز سخت اصلی گوشه دار هستند(برای مثال کاربید تیتانیم)، می توانند در مدت فرایند زینترینگ گرد شوند. هر چند که این مورد همیشه وجود ندارد زیرا بعضی از مواد سخت گوشه دار (برای مثال کاربید تنگستن) به نظر می رسد که حافظه شکلی داشته باشند یعنی شکل خود را بعداً به دست می آورند. در طول رسوب گذاری دوباره ی عناصر حل شده در فاز مایع در مدت سرد شدن، قطعات گوشه دار کج و معوج به شکل ذرات فاز سخت این مواد در می آیند. در آنالیز مکانیزم زینترینگ به همراه فاز مایع برای افزایش چگالی و رشد ذرات جامد سه مرحله منظور می شود:

1- مرحله جریان مذاب یا آرایش مجدد،

در این مرحله پس از پیدایش مذاب و به دنبال فرو پاشی پلهای مذاب بین ذرات و آرایش مجدد ذرات جامد، که به مفهوم لغزش انها بر روی یکدیگر است، بر اثر فشار ناشی از خاصیت موئینگی چگالی افزایش می یابد.

2- مرحله حل سازی_ رسوب مجدد یا مرحله ی تطابق،

دراین مرحله چگالی هرچه بیشتر افزایش می یابد،ذرات فاز جامد بر اثر حل سازی ورسوب مجددوفرآیند تلفیق[2] رشد می کنند.

3 – مرحله زینتر کردن در حالت جامد،

تنها در این مرحله،افزایش آرام وهر چه بیشتر چگالی امکانپذیراست.

2-3-2-کوره ها:

کوره های زینتر در سه بخش عرضه شده اند.کوره های مداوم برای زینتر کردن قطعات ساختمانی ، یاتاقانهای خودروغنکار به تعداد انبوه وگاهی کاربیدهای سمانته در اتمسفرهای محافظ.کوره های غیرمداوم برای زینترکردن قطعات فشرده شدن از پودرهای فلزات دیرگداز و آلیاژ های آنها، قطعات فشرده شده از کاربید سمانته  در اتمسفرهای محافظ به سایر پودرهای فلزی که زینتر کردن آنها در کوره های مداوم غیر عملی یا غیر اقتصادی است. کوره های زینتر خلأ ، شامل انواع مداوم و غیر مداوم است که برای زینتر کردن قطعات ساختمانی، کاربیدهای سمانته ، فلزات دیرگداز و مغناطیس های آلنیکو استفاده می شود.کوره های زینترینگ پیوسته با دمای بالا سالیان بسیاری در صنایع کاربید سمانته شده و فلزات دیرگداز استفاده شده اند. آنها با جوی از هیدروژن یا اتمسفر حفاظتی با نقطه ی شبنم(دمایی که در آن بخار آب میعان می یابد) پایین، برای کم کردن اکسیژن موجود در قطعات و جلوگیری از اکسید شدن آنها مجهز شده اند تقریباً موفقیت آمیز بوده اند و برای زینترینگ قطعات کوچک و به تعداد زیاد استفاده می شوند. کوره های غیر مداوم خلأ نیز در 30 تا 40 سال اخیر بسیار محبوب و فراگیر شده اند. هنگامی که بین کوره های نوع فشارنده ی پیوسته و کوره های نوع غیر مداوم قابلیت انتخاب‌وجود دارد، تجهیزات و هزینه های عملیاتی، نوع آن را تعیین می کند. یکی از دلایل اساسی برای جالب توجه بودن زینتر در خلأ این است که انرژی مورد نیاز برای فراهم کردن اتمسفر محافظ واقعاً زیاد است و ممکن است بیش از نصف انرژی کل لازم برای زینتر کردن باشد. زینتر کردن در خلأ به طور قابل ملاحظه ای کل انرژی مصرفی فرایند کاهش می دهد.

سطح بهینه ی خلأ در طول زینترینگ فاز مایع فرق می کند و به مقدار زیادی به سیستم چسباننده ی فاز سخت که اعمال شده بستگی دارد. در طراحی بعضی از کوره های پیشرفته برای عملیات اولیه از یک جو هیدروژن استفاده می شود که قادر است برای عبور به مرحله ی بعد در چرخه ی زینترینگ به خلأ تغییر یابد. بعضی دیگر یک چرخه ی فشار متناوب از هیدروژن و به دنبال آن خلأ ایجاد می کنند.

2-4- پرس کاری سرد بصورت ایستا[3]:

روش های پرس کاری سرد برای مخلوط های پودری سرمت عموماً همان روش های فشرده سازی پودر شناخته شده مورد استفاده در متالورژی پودر مرسوم می باشند. قسمت های کوچک سرمت مورد نیاز به خاطر مقدار زیادشان در قالب های سخت فلزی مخصوص توسط دستگاه های پرس خودکار با فک های متحرک مقابل هم فشرده می شوند(شکل 2). بسته به حالت جامد یا دانه دانه بودن، قالب ها در محفظه های فولادی قوی، سخت و مورد عملیات حرارتی قرار گرفته منقبض می شوند.

چرخه فشرده سازی خودکار شامل پر کردن قالب ها از پودر، فشار به پودر، خروج جسم فشرده و جدا کردن آن است. دو روش برای خارج کردن جسم فشرده از قالب استفاده می شود. در اولین روش، فک پائینی به سمت بالا حرکت می کند و انتهای قطعه تحت فشار را به سطح قالب در بالای آن هل می دهد. در دومین روش، قالب به سمت پائین کشیده می شود تا حدی که فک پائینی در کنار لبه ی بالایی قالب قرار گیرد(شکل 3).

روش دوم مورد علاقه ی بسیاری از متخصصان است زیرا این روش به ساختمان دستگاه اجازه می دهد که کوچکتر و با ابزارهای ارزانتر باشد و نیز به دلیل اینکه در طول عمل خارج کردن قطعه فشرده ی شکننده، احتیاط بیشتری از قطعه صورت می گیرد.

نوع دیگری که مورد توجه قرار گرفته، به ویژه برای فشرده سازی سرمت های شکننده، روشی به نام فشرده سازی با فک ثابت نامیده شده است(شکل b-2). در این روش، پودر بر روی فک ثابت با حرکت رو به بالای فک متحرک پائینی فشرده می شود. سپس فک ثابت برداشته می شود تا قطعه فشرده شده با دامه ی حرکت رو به بالای فک زیرین خارج شود. به خاطر اینکه این روش پرس کاری سرد یک روش پرس کاری تک حرکته است، حرکت تنها یک فک پرس تنها برای قطعات نسبتاً باریک مورد قبول است. هنوز هم در بعضی جاها، پرس با یک فک هزینه های دستگاه را کاهش می دهد علاوه بر آن مسیر خروج قطعه را به حداقل ممکن کم کرده که یک عامل مهم برای سرمت های شکننده است.

شکل2 : پرسکاری سرد بصورت ایستا با(a)پرس معمولی از دو طرف (b)پرس با فک ثابت.در پرس با فک ثابت پانچ بالای وجود ندارد،بنابراین نامیزانی،شکستکی ومسئله سایش همراه با آن پانچ ها حذف می گردد.

شکل 3 : بازگیری سیکل پرس با کنترل کردن حرکت قالب (با لا وپایین فشار )

قطعات مستطیلی متوسط تا بزرگ با دستگاه های پرس هیدرولیک و درون قالب ها تمام مقطع و در کنار هم بوسیله قالب های فولادی قدرتمند نگاه داشته می شوند. این قالب ها قادرند نسبت به نیروهای بزرگ درونی که به توده ی پودر اعمال می شود واکنش نشان داده و آنرا به صورت شعاعی به مقاطع قالب انتقال دهند. اغلب، پس از تکمیل چرخه، قالب ها برای خارج کردن با احتیاط سرمت های فشرده شکننده، باز می شوند. برای قطعات گرد، ترجیح داده می شود که از پرس های          دو طرفه ی هیدرولیک با عملکرد خارج سازی درونی استفاده شود.

 این پرس ها می توانند. یکی از هر دو روش خارج سازی بکار روند:

● در صورتی که قالب بر روی یک صفحه شناور فعال هیدرولیکی نصب است، یک عملکرد پرس تکی اثر یک پرس دو طرفه را به راحتی فراهم خواهد کرد. در این مورد عمل خارج سازی با روش فشار دهی انجام می شود.

● هنگامی که یک پرس دو گانه ی (با دو فک متحرک) قدرتمند موجود است(به طور واضح باید این ماشین سنگین تر و گرانتر از پرس تک فکی باشد)، قالب می تواند بر روی صفحه ای ایستگاهی نصب گردد. قطعه فشرده با بالا آمدن فک پائینی تا سطح لبه ی قالب در هنگام کامل شدن سیکل فشار، خارج می گردد.

فشرده سازی سرد سرمت با شکل های ساده، عموماً در هنگام استفاده از مخلوط های پودری روغنی مناسب، ابزارهای به خوبی طراحی شده و فشارهای یکنواخت،نتایج خوبی بدست می دهد. حتی هنگامی که قطعات فشرده شده شکننده می باشند، باید محکم بوده، مقاومت ماسه ای تر کافی باشد و لبه ها به خوبی شکل گرفته باشند و تورم ریختگی(لایه نازک غیر فلزی در جسم ریختگی) یا دیگر عیب های درونی را نداشته باشد. در ارتباط با ترکیب سرمت، مشکلات عمل فشرده سازی می تواند در هنگام نیاز به ویرایش در تجهیزات یا فرایندها بروز کند. بطور کلی، بخش بزرگ تر از فاز سخت بیشترین مشکلات را در طول عمل فشرده سازی ایجاد می کند؛ این مشکلات تا بعد از زینترینگ آشکار نمی شود. همچنین می توان انتظار ایجاد مشکلات بیشتری را با سرمت های با پایه ی آهن، نیکل یا کبالت نسبت به انواع نرم تر مانند بیشتر ترکیبات چکش خوار با پایه ی آلومینیوم، داشت. قطعات بزرگتر، چه از نظر قطر و چه از نظر ارتفاع، مشکلات موجود در ساخت را شدیدتر می کند. حفره های هوایی،پل بستن(منجمد شدن بار در قسمتی از قالب قبل از منجمد شدن فلز زیر آن)، تورم ریختگی، فضاهای خالی پشت سر هم و چگالی متغیر در طول قطعه ی فشرده، فقط تعداد اندکی از مشکلات هستند که در فشرده سازی سرمت ها به روش سرد با آنها مراجعه می شویم.

بعضی از این مسایل را می توان با اضافه کردن مقدار بیشتری روانساز به ترکیب، با افزودن به قسمت بالای قالب فشرده سازی یا با کم کردن سرعت فرایند فشرده سازی، حل کرد. روغن کاری دیواره ای قالب بین قطعات پرس شونده اغلب به حذف مشکلات خارج کردن قطعه فشرده یاری می رساند بارگیری اولیه مناسب قالب و پوشاندن قالب در جهت فشرده شدن، دیگر روش هایی هستند که به حل مشکلات یاری می رسانند. حتی برای ساده ترین شکل ها، مانند استوانه ای یا چهارگوش با یک سطح خالی، تمام مشکلات پیش رو را نمی توان با روش پرس سرد فشاری معمول حل کرد. این یکی از دلایلی است که چرا متخصصان متالورژی پودر(P/M) بیشتر از بقیه فرایندهای شکل دهی پیچیده تر را برای ساختن محصولات گوناگون به کار می برند.

2-5- عمل فشارش هیدرواستاتیک(همه جانبه)سرد[4]:

قطعات فشرده سرمت با کیفیت بالا به تراکم یکسانی در تمام نقاط خود نیاز دارد. در این روش فشار بطور همزمان و هم شکل از همه ی جهات به مرکز گرانی توده ی پودر وارد می شود در حالی که تمام اصطکاک پودرها با دیواره ی قالب بطور کامل حذف شده اند. به منظور فشرده کردن شکل های ساده و یا حتی نسبتاً پیچیده با این روش، پودرهای خشک درون یک قالب انعطاف پذیر ریخته شده و آنرا پر می کند. پودرها خرد می نشینند و هوا به طریقه ی لرزاندن خارج می شود سپس قالب کاملاً بسته شده و درون ظرفی استوانه ای از جنس فولاد تقویت شده که با یک سیال پر شده است قرار داده می شود. پس از بسته شدن ظرف، فشار هیدرولیک افزایش می یابد، که به موجب آن پودر داخل قالب فشرده می شود. دو روش فشارش هیدرواستاتیک برای فشردن سرمت ها استفاده می شود که عبارتند از روش کیسه مرطوب و روش کیسه خشک. در روش کیسه مرطوب یک یا تعداد بیشتری از قالب های پر شده از پودر درون یک ظرف فشار هیدرواستاتیک قرار می گیرد(شکل 4). قالب پر شده از پودر انعطاف پذیر است و درون یک محفظه ی سوراخ دار به منظور نگهداری آن جای می گیرد. درون ظرف، قالب محتوی پودر کاملاً با سیال هیدرولیک احاطه شده است. بسته به اندازه ی ظرف و خود قالب، اغلب تعدادی از قالب ها می توانند درون ظرف قرار داده شده و همزمان فشرده شوند.

کل فرایند، بارگیری ظرف با یک یا چندین قالب، زیاد کردن و نگه داشتن فشار و باز کردن ظرف و تخلیه ی آن، نسبتاً آهسته صورت می گیرد. علاوه بر این که، پر کردن قالب، جمع و جور کردن قالب و بار کردن قالب ها درون ظرف فشار، و بار برداری و خارج کردن قطعات تحت فشار قرار گرفته پس از کامل شدن فرایند آهسته هستند، فرایندهای دستی مورد نیاز باید دقیق و همراه با جزئیات انجام شوند.

روش فشارش کیسه ی خشک از یک قالب انعطاف پذیر که کاملاً در یک ظرف فشار بسته و مهر و موم شده است استفاده می کند(شکل 5). پس از اینکه محفظه ی قالب با تعداد کنترل شده ای از پودر پر شد، صفحه ی در پوش بسته شده و فشار هیدرولیکی اعمال می شود. پس از، از بین رفتن فشار قطعه خارج شده و یک چرخه ی جدید دوباره آغاز می شود. روش فشارش با کیسه ی خشک فرایند تولیدی بسیار سریعتری نسبت به روش فشارش کیسه مرطوب دارد و نیز این امکان را دارد که خودکار شود. بیشتر این تکنولوژی برای تولید قطعات سرامیکی یا شکل نزدیک به شبکه ایجاد شده. برای مثال، بدنه ی شمع اتومبیل. نصب هر قالب خشک به مهندسی و بررسی خاص نیاز دارد.

2-5-1-امتیازها و معایب:

فشار هیدرواستاتیک این امتیازها را به ارمغان می آورد:

●  قطعات فشرده شده ی سرمت بدون توجه به اندازه و شکل، چگالی یکسانی دارند.

 ●روش کیسه مرطوب به خوبی برای قطعات بزرگ قابل کاربرد است و اغلب تنها روش عملی برای فشرده کردن چنین قطعاتی می باشد.

 ● قطعات باریک با نسبت های زیاد طول به مقطع با این روش قابل کار هستند.

 ● قیمت قالب در مقایسه با قالب های فشارش صلب پایین است. بنابراین مقادیر کم تولید می تواند بطور اقتصادی تولید شوند، مخصوصاً با روش کیسه ی مرطوب.

●  روانکاری مورد نیاز نمی باشد و یا کمی نیاز است.

● فرایند به خوبی برای تحقیقات و توسعه کار مناسب است.

- معایب فشارش هیدرواستاتیکی به این قرارند:

●کنترل ابعاد مورد فشارش محدود است. طرح قالب باید مطابق با انقباض محوری و شعاعی باشد زیرا فشار هیدرواستاتیک به گونه ای عمل می کند که انقباض بعد از زینترینگ رخ می دهد.

 ● سطوح تحت فشار کمتر از این سطوح در روش قطعات پرش شده ی قالبی مسطح هستند.

● یک فاز بسیار زیاد مایع در مرحله ی زینترینگ یا روپوش گذاری مورد نیاز است قبل از اینکه قطعات سرمتی تحت فشار هیدرواستاتیکی پرس شده بتوانندبه طریقه ی پرسکاری ایزواستاتیک گرم شوند