A HIP technológia az 1950-es években a Battelle Columbus laboratóriumában működött. Az eredeti alkalmazás a cirkónium bevonat urán fűtőelemekhez való ragasztása volt a korai nyomás alatti vizes reaktorok számára-. Ez egy olyan résprobléma, amely történetesen egy széles körben hasznos gyártási technikát eredményezett. A Crucible Steel és a Kennametal az 1960-as években alkalmazta a technológiát a porkohászati ​​alkalmazásokban, és az 1970-es és 1980-as években fokozatosan bevett gyakorlattá vált a kritikus űrrepülési öntvényeknél. A fizika azóta sem sokat változott, még akkor sem, ha a berendezés lényegesen nagyobb és gyorsabb lett.

A folyamat alapjai

A koncepció elég egyszerű. Az alkatrészek egy nyomástartó edényben helyezkednek el, miközben az argongáz (néha nitrogén, de az argon nagyobb atomsugara jobban működik) valahol 100 és 200 MPa közé esik magas hőmérsékleten. A vastartalmú MIM ötvözetek esetében ez általában 1065 fokot jelent; A kobalt{5}}króm 1220 fok körül melegebb; A titánötvözetek feldolgozása 900 fok közelében alacsonyabb. A tartási idő a szelvény vastagságától és anyagától függően 2-4 óra.

Három dolog történik egyszerre ilyen körülmények között. A képlékeny alakváltozás összeomlik az üregeket, mert a folyáshatár a hőmérséklettel csökken, miközben a külső nyomás állandó marad. A Creep folytatja a tömörítést, mivel a diszlokációs mozgás alkalmazkodik a térfogatváltozáshoz. Az atomi diffúzió pedig az összeomlott üreges felületeken valós kohászati ​​kötéseket hoz létre-ez utóbbi mechanizmus különbözteti meg a HIP-et az egyszerű melegpréseléstől, és biztosítja, hogy a porozitás ne nyíljon meg újra.

Mechanikai tulajdonságok hatásai

A HIP ingatlanjavításai meglehetősen eltérőek attól függően, hogy mit mér. A szakítószilárdság és a keménység szerényen-semmi, ami önmagában indokolná a többletköltséget. Az igazi nyereség a belső hibákra érzékeny tulajdonságokban mutatkozik meg.

A 17-4PH rozsdamentes acél ütésállósági adatai jól illusztrálják a lényeget. Előreötvözött por-alapanyagot használva a Charpy-értékek a szinterezett 5,4 joule-ról-9,5 joule-ra a HIP után. A mesterötvözet útvonalak még nagyobb ugrásokat mutattak: 6,8 joule-ról több mint 20 joule-ra egyes tanulmányokban. Ez a különbség a rideg meghibásodási mód és a képlékeny üzemmód között számos alkalmazáshoz. A fáradtság élettartamának javulása hasonló mintákat követ,{14}}a belső feszültségkoncentrátorok megszüntetése 5-10-szeresére növeli a ciklusokat a meghibásodásig a magas ciklusú fáradtsági teszteknél.

Implantátum{0}}minőségű anyagok esetén a hajlékonysági számok a legfontosabbak. Az ASTM F75-ös kobalt-krómnak körülbelül 20%-os nyúlási értékre van szüksége ahhoz, hogy megfeleljen a sebészeti implantátumok specifikációinak, amit a szinterezett MIM általában nem tud elérni. A HIP feldolgozás megszünteti ezt a rést. A Ti-6Al-4V/F2885 azt mutatja, hogy a folyáshatár durván 870 MPa-ról 960 MPa-ra nő a HIP után, miközben a nyúlás ellentétes hatást fejt ki mindaddig, amíg nem emlékszik arra, hogy a porozitás mindkét tulajdonságra negatívan hat.

Egy gyakorlati előny, amely nem jelenik meg az anyagtulajdonság-táblázatokban: jelentősen javul a köteg---konzisztencia. A szinterező kemence hőmérsékleti gradiensei sűrűségváltozásokat hoznak létre a terhelésen belül,-a fűtőelemek közelében lévő részek másképpen sűrűsödnek, mint a középen lévő részek. A HIP után minden az elméleti sűrűség felé konvergál, függetlenül a kiindulási ponttól. A statisztikai folyamatellenőrzést végző fémfröccsöntő-gyártók számára ez a szigorított eloszlás gyakran legalább annyira számít, mint az abszolút tulajdonságnövekedés.

Termelési valóság

A legtöbb fémfröccsöntő szolgáltató a HIP-et speciális feldolgozókra bízza, ahelyett, hogy házon belül hozná{0}}a képességet. A berendezés drága, az egyetlen MIM művelet kihasználtsága ritkán indokolja a dedikált kapacitást, és az üzemeltetési szakértelem nem nagyon fedi át az alapvető szinterezési és öntési kompetenciákat. A Bodycote, a Quintus és néhány más szerződéses feldolgozó kezeli a kereskedelmi mennyiség nagy részét.

A ciklusgazdaságosság nagymértékben függ a rakodási hatékonyságtól. Egy gyártott HIP edénynek 1,5 méter átmérőjű forró zónája és 3 méter magas -nagy térfogata lehet, amelyet 4-8 órás ciklusidő mellett produktívan fel kell tölteni. A kis MIM alkatrészek sűrűn rögzíthetők; bonyolult geometriájú nagyobb alkatrészeket nehezebb hatékonyan becsomagolni. A szerződéses árképzés ezt tükrözi, mivel az alkatrészenkénti költség-a nagyobb mennyiségek esetén jelentősen csökken.

 

A felületi szennyeződés visszatérő fejfájást okoz, ha több{0}}ötvözetű szervizközpontokat használ. A nikkel-szuperötvözeteket, szerszámacélokat és titánt ugyanazon a berendezéssel feldolgozó létesítmények elkerülhetetlenül nyomokban hagynak lerakódásokat, amelyek átkerülhetnek a MIM alkatrészek felületére. A króm- és szilíciumvegyületek zöldes vagy barnás elszíneződésként jelennek meg. Általában felületes és enyhe csiszolással vagy vegyi tisztítással eltávolítható, de érdemes előre megbeszélni a processzorral a kozmetikai vagy biokompatibilitási -kritikus alkalmazások miatt. Egyes egyedi MIM-alkatrészek OEM-programjai dedikált HIP-ciklusokat határoznak meg, hogy elkerüljék a keresztszennyeződést.

A HIP során bekövetkező méretváltozások figyelmet igényelnek az alkatrésztervezés során. A porozitás zárása egyenletes, a sűrűségnövekedéssel arányos zsugorodást okoz,{1}}egyenesen megjósolható és kompenzálható. Problémásabbak a fröccsöntésből örökölt sűrűséggradiensek. A nagyobb tömítési sűrűség a kapu közelében, szemben a távolabbi vékonyabb szakaszokkal, differenciális zsugorodást hoz létre a HIP során, ami torzíthatja az összetett geometriákat. A tapasztalt fémfröccsöntő beszállítók a fejlesztés korai szakaszában tesztciklusokat futtatnak, hogy jellemezzék és kompenzálják ezeket a hatásokat, mielőtt a szerszámozást elvégeznék.

Ahol a HIP-nek van gazdasági értelme

A hozzáadott feldolgozási költség azt jelenti, hogy a HIP ott van megadva, ahol a teljesítménykövetelmények indokolják, nem pedig alapértelmezett lépésként. A repülőgép-alkatrészek-turbinalapátok, szerkezeti konzolok, repülési-kritikus hardver-rutinszerűen átesnek a HIP szabványon az AS9100 minőségbiztosítási rendszer követelményei szerint. Az orvosi implantátumok hasonlóak; A III. osztályú eszközökre vonatkozó szabályozási útvonalak lényegében teljes-sűrűségű anyagot írnak elő mindenre, amely in vivo ciklikus terhelést észlel.

Az autóipari alkalmazások terjeszkednek, mivel a villamosítás megnöveli a hőkezelési követelményeket. A nagy-áramú réz gyűjtősínek és a teljesítményelektronikai házak egyre gyakrabban határozzák meg a HIP-t annak biztosítása érdekében, hogy a hővezető képesség megfeleljen a tervezési céloknak. Az elektromos hajtásláncok precíziós áttétele a jobb kifáradási teljesítmény előnyeit élvezi. Számos fémfröccsöntő-alkatrész-beszállító, aki a közelmúltban a Chinaplas kiállításokon mutatkozott be, kiemelte a HIP-feldolgozott alkatrészeket az elektromos járművekhez, mint növekedési területet.

Azoknál a kereskedelmi MIM alkatrészeknél, ahol a költségnyomás dominál, és az ingatlanigények a szinterezett{0}}képességeken belül maradnak, a HIP arányos haszon nélkül növeli a költségeket. A technológia az igényes alkalmazások azon részhalmazában találja meg szerepét, ahol a teljes sűrűség közvetlenül lehetővé teszi a termék teljesítményét-, és ahol a vásárlók felismerik, hogy az anyag integritása kiemelkedően fontos.