Що таке гаряче ізостатичне пресування?
Огляд
Технологія гарячого ізостатичного пресування (HIP) була запропонована в 1950-х роках Меморіальним інститутом Бателла. Спочатку він використовувався для дифузійного склеювання деталей ядерного реактора. Незабаром було виявлено, що це чудова технологія для консолідації порошку та усунення пористості в твердому сплаві. Гаряче ізостатичне пресування перетворилося на визнану технологію у промисловості для ущільнення та ущільнення сплаву для покращення його механічних властивостей, гладкості та здатності до покриття. Основна його функція - видалення порожнеч всередині матеріалу. Більшість виробників лиття під тиском металу доручають цей процес професійним постачальникам послуг гарячого ізостатичного пресування MIM або сертифікованим постачальникам обробки HIP.
Оскільки процес простий і вимагає лише обробки деталей високою температурою та високим тиском, обладнання для гарячого ізостатичного пресування спеціально розроблено для досягнення цих умов, а вартість обладнання висока. Під час процесу гарячого ізостатичного пресування висока температура робить матеріал дуже м’яким і його легко деформувати, а високий тиск стискає мікропори всередині матеріалу. Пори видаляються за допомогою механізмів повзучості та дифузії. Межа текучості (YS) матеріалу зменшується з підвищенням температури. Коли кисень подається на металеві матеріали, теплі протони не дифундують у металеві матеріали. Механізми попередньої-деформації на ранній стадії гарячого ізостатичного пресування включають повзучість Набарро-Herring (дифузія через внутрішню частину зерна), повзучість Кобла (повзучість по межі зерен) і повзучість дислокації.
Завершальна стадія гарячого ізостатичного пресування включає дифузійне зчеплення стінок закритих пор між собою. Оскільки спечена щільність металевих формованих деталей є достатньо високою, а внутрішні пори закриті (не з’єднані між собою) і стискаються, вони дуже підходять для технології гарячого ізостатичного пресування. Якщо металеві деталі, виготовлені під тиском, мають відкриті та незакриті пори, стиснений газ, що виділяється, заповнить ці пори, не стискаючи їх. Після приготування титанового сплаву за допомогою технології гарячого ізостатичного пресування металевий порошок потрібно помістити в гарячу піч ізостатичного пресування та вакуумувати, а потім дверцята печі закривають, щоб можна було досягти тісного зв’язку між порошками під дією тиску та температури. На щастя, спечена щільність металевих деталей, отриманих литтям під тиском, зазвичай досягає понад 95%, а в більшості випадків перевищує 98%, тоді як мінімальна щільність гарячих ізостатичних пресованих матеріалів становить від 92% до 94%. У таблиці 9.1 наведено мінімальну щільність металевих лиття під тиском деталей після гарячого ізостатичного пресування. За допомогою маркування високотемпературним-маркером на деталях, виготовлених під тиском, можна перевірити, чи можна гаряче ізостатично пресувати.
Якщо мітка не записується чітко і не розповсюджується всередину деталі, для отримання більшої щільності можна використовувати гаряче ізостатичне пресування. Якщо він потрапляє всередину деталі, гаряче ізостатичне пресування не може використовуватися для отримання більшої щільності. Багато глобальних постачальників систем ущільнення HIP для лиття під тиском металу тепер пропонують-послуги з-обробки на одному місці, щоб допомогти клієнтам отримати повну-щільність компонентів MIM.
Таблиця 9.1 Мінімальна щільність металевих деталей, відлитих під тиском після гарячого ізостатичного пресування (г/см³)
| сплав | Теоретична щільність | Мінімальна щільність після HIP |
|---|---|---|
| Ti–6Al–4V | 4.43 | 4.1 |
| F2886 (F75) | 8.4 | 7.8 |
| 17–4PH SS | 7.8 | 7.2 – 7.10 |
| 316L SS | 8.0 | 7.4 |
| Низько{0}}легована сталь | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Процес гарячого ізостатичного пресування
Процес гарячого ізостатичного пресування використовує стиснений інертний гарячий газ для застосування тиску до заготовки. Для металевих формованих деталей температура гарячого ізостатичного пресування зазвичай на 100~200 градусів нижча за температуру спікання, а тиск зазвичай знаходиться в діапазоні 15 000~20 000 psi (105~140 МПа). Переважним газом для гарячого ізостатичного пресування є аргон, оскільки його атомний розмір великий. Також можна використовувати азот, але ефект не такий хороший, як аргон. На рисунку 9.1 зображено принципову схему гарячого ізостатичного пресування. Процес є пакетним і зазвичай триває 4-10 годин. Кроки такі:
(1) Завантажте матеріал у піч і закрийте дверцята печі;
(2) Розпилосіть і заповніть інертним газом;
(3) Нагрівати та створювати тиск одночасно;
(4) Охолодіть і одночасно скиньте тиск;
(5) Вихлоп;
(6) Вийміть деталі.
Ця послідовність являє собою самостійний процес гарячого ізостатичного пресування і зазвичай використовується для виготовлення щільних заготовок для лиття та металевих лиття під тиском. У промисловості цементованого карбіду для ущільнення компонентів на основі цементованого карбіду/кобальтового порошку використовується процес, який називається гарячим ізостатичним пресуванням або спіканням під тиском. Оскільки спікання та гаряче ізостатичне пресування завершуються в один етап, загальний час обробки та вартість зменшуються. Тиск зазвичай становить 1,5 ~ 10 МПа, що набагато нижче стандартного гарячого ізостатичного пресування, але цього достатньо, щоб усунути пори в цементованому карбіді. Провідні китайські постачальники гарячого ізостатичного пресування деталей MIM і міжнародні постачальники рішень для лиття металу під тиском із повною -щільністю широко застосовують цю інтегровану технологію, щоб надавати компоненти з вищими показниками втоми для аерокосмічної, медичної та автомобільної промисловості.
