Какво е горещо изостатично пресоване?
Преглед
Технологията за горещо изостатично пресоване (HIP) е предложена през 50-те години на миналия век от Battelle Memorial Institute. Първоначално се използва за дифузионно залепване на части на ядрен реактор. Скоро беше открито, че това е отлична технология за консолидиране на прах и премахване на порьозността в циментиран карбид. Горещото изостатично пресоване се превърна в призната технология в промишлеността за уплътняване и уплътняване на сплави за подобряване на техните механични свойства, гладкост и способност за покритие. Основната му функция е да премахва кухините вътре в материала. Повечето производители на леене под налягане на метал възлагат този процес на професионални доставчици на услуги за горещо изостатично пресоване на MIM или на сертифицирани доставчици за обработка на HIP.
Тъй като процесът е прост и изисква само обработка с висока температура и високо налягане на частите, оборудването за горещо изостатично пресоване е специално проектирано за постигане на тези условия, а цената на оборудването е висока. По време на процеса на горещо изостатично пресоване високата температура прави материала много мек и лесен за деформиране, докато високото налягане компресира микропорите вътре в материала. Порите се елиминират чрез механизми на пълзене и дифузия. Границата на провлачване (YS) на материала намалява с повишаване на температурата. Когато кислородът се приложи към метални материали, топлите протони няма да дифундират в металните материали. Механизмите на пред-деформация в ранния етап на горещо изостатично пресоване включват пълзене на Nabarro-Herring (дифузия през вътрешността на зърното), пълзене на Coble (пълзене по границата на зърното) и пълзене на дислокация.
Крайният етап на горещото изостатично пресоване включва дифузионно свързване на стените на затворените пори една към друга. Тъй като синтерованата плътност на металните шприцовани части е достатъчно висока и вътрешните пори са затворени (не са свързани помежду си) и се компресират, те са много подходящи за технологията на горещо изостатично пресоване. Ако металните шприцовани части имат открити и незатворени пори, вентилираният сгъстен газ ще запълни тези пори, без да ги компресира. След приготвяне на титанова сплав чрез технология за горещо изостатично пресоване на прах, металният прах трябва да се постави в пещ за горещо изостатично пресоване и да се вакуумира, след което вратата на пещта се затваря, така че тясното свързване между праховете да може да се постигне под действието на налягане и температура. За щастие, синтерованата плътност на металните шприцовани части обикновено достига повече от 95%, а в повечето случаи надхвърля 98%, докато минималната плътност на горещо изостатично пресованите материали е между 92% и 94%. Таблица 9.1 показва минималната плътност на метални шприцовани части след горещо изостатично пресоване. Чрез маркиране върху метални шприцовани части с маркер за висока-температура можете да проверите дали може да бъде горещо изостатично пресовано.
Ако маркировката не се записва ясно и не дифундира във вътрешността на частта, може да се използва горещо изостатично пресоване за получаване на по-висока плътност. Ако навлезе във вътрешността на детайла, горещото изостатично пресоване не може да се използва за получаване на по-висока плътност. Много глобални доставчици на HIP уплътняване за шприцоване на метали сега предлагат-услуги за последваща{3}}обработка на едно място, за да помогнат на клиентите да постигнат MIM компоненти с пълна-плътност.
Таблица 9.1 Минимална плътност на метални шприцовани части след горещо изостатично пресоване (g/cm³)
| Сплав | Теоретична плътност | Минимална плътност след 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 |
| Ниско{0}}легирана стомана | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Процес на горещо изостатично пресоване
Процесът на горещо изостатично пресоване използва компресиран инертен горещ газ за прилагане на натиск върху детайла. За метални шприцовани части температурата на горещо изостатично пресоване обикновено е 100~200 градуса по-ниска от температурата на синтероване, а налягането обикновено е в диапазона 15 000~20 000 psi (105~140 MPa). Предпочитаният газ за горещо изостатично пресоване е аргонът, тъй като неговият атомен размер е голям. Може да се използва и азот, но ефектът не е толкова добър, колкото аргона. Фигура 9.1 показва схематична диаграма на горещо изостатично пресоване. Процесът е процес на партидна обработка и обикновено продължава 4~10 часа. Стъпките са както следва:
(1) Заредете материала в пещта и затворете вратата на пещта;
(2) Вакуумирайте и напълнете с инертен газ;
(3) Загрейте и херметизирайте едновременно;
(4) Охладете и понижете налягането едновременно;
(5) Изпускателна система;
(6) Извадете частите.
Тази последователност представлява независим процес на горещо изостатично пресоване и обикновено се използва за производство на плътни заготовки за леене и метални шприцовани части. В производството на циментиран карбид процес, наречен синтероване при горещо изостатично пресоване или синтероване под налягане, се използва за уплътняване на компоненти на базата на циментиран карбид/кобалтов прах. Тъй като синтероването и горещото изостатично пресоване се извършват в една стъпка, общото време за обработка и цената са намалени. Налягането обикновено е 1,5 ~ 10 MPa, което е много по-ниско от стандартното горещо изостатично пресоване, но е достатъчно, за да се премахнат порите в циментиран карбид. Водещите китайски доставчици на горещо изостатично пресоване на MIM части и международните доставчици на решения за пълно-плътност за леене на метал широко възприемат тази интегрирана технология, за да доставят компоненти с по-висока производителност на умора за аерокосмически, медицински и автомобилни клиенти.
