Mi az a forró izosztatikus préselés?
Áttekintés
A Hot Isostatic Pressing (HIP) technológiát az 1950-es években javasolta a Battelle Memorial Institute. Eredetileg atomreaktor részeinek diffúziós kötésére használták. Hamar kiderült, hogy ez egy kiváló technológia a porszilárdításra és a cementált karbid porozitásának megszüntetésére. A forró izosztatikus préselés az iparban elismert technológiává fejlődött a tömörítés és az ötvözettömörítés mechanikai tulajdonságainak, simaságának és bevonási képességének javítása érdekében. Fő feladata az anyag belsejében lévő üregek eltávolítása. A legtöbb fémfröccsöntő-gyártó ezt a folyamatot professzionális MIM melegizosztatikus préselési szolgáltatókhoz vagy tanúsított HIP-feldolgozó beszállítókhoz adja ki.
Mivel az eljárás egyszerű, és csak az alkatrészek magas hőmérsékletű és nagynyomású kezelését igényli, a forró izosztatikus présberendezéseket kifejezetten ezeknek a feltételeknek a megvalósítására tervezték, és a berendezés költsége magas. A forró izosztatikus préselés során a magas hőmérséklet nagyon puhává és könnyen deformálhatóvá teszi az anyagot, míg a nagy nyomás összenyomja az anyag belsejében lévő mikropórusokat. A pórusokat kúszási és diffúziós mechanizmusok eltávolítják. Az anyag folyáshatára (YS) a hőmérséklet emelkedésével csökken. Amikor oxigént alkalmaznak fémanyagokra, a meleg protonok nem diffundálnak be a fémanyagokba. A forró izosztatikus préselés korai szakaszában a pre-deformációs mechanizmusok közé tartozik a Nabarro-hering-kúszás (diffúzió a szem belsejében), a Coble-kúszás (szemcsehatár-kúszás) és a diszlokációs kúszás.
A forró izosztatikus préselés utolsó szakasza a zárt pórusfalak egymáshoz való diffúziós kötését foglalja magában. Mivel a fém fröccsöntött alkatrészek szinterezett sűrűsége elég nagy, a belső pórusok zártak (nem kapcsolódnak egymáshoz) és összenyomhatók, nagyon alkalmasak melegizosztatikus préselési technológiára. Ha a fém fröccsöntött részeken szabaddá vált és nem zárt pórusok vannak, a kiszellőztetett sűrített gáz kitölti ezeket a pórusokat anélkül, hogy összenyomná őket. A titánötvözet por-melegizosztatikus préselési technológiával történő előállítása után a fémport forró izosztatikus sajtolókemencébe kell helyezni és vákuumozni, majd a kemence ajtaját be kell zárni, hogy a porok közötti szoros kötés nyomás és hőmérséklet hatására létrejöjjön. Szerencsére a fém fröccsöntött alkatrészek szinterezett sűrűsége általában meghaladja a 95%-ot, és a legtöbb esetben meghaladja a 98%-ot, míg a melegizosztatikus préselt anyagok minimális sűrűsége 92% és 94% között van. A 9.1. táblázat mutatja a fém fröccsöntött alkatrészek minimális sűrűségét forró izosztatikus préselés után. A fém fröccsöntött részeken magas hőmérsékletű jelölővel{11}}megjelölve ellenőrizheti, hogy lehet-e forró izosztatikus préselés.
Ha a jelölés nem rögzül tisztán, és nem diffundál be az alkatrész belsejébe, meleg izosztatikus préselés használható nagyobb sűrűség eléréséhez. Ha az alkatrész belsejébe kerül, akkor a forró izosztatikus préselés nem használható nagyobb sűrűség elérésére. Számos globális fémfröccsöntő HIP tömörítési beszállító kínál egyablakos utófeldolgozási szolgáltatásokat, hogy segítse ügyfeleit a teljes-sűrűségű MIM komponensek elérésében.
9.1. táblázat Fémfröccsöntött alkatrészek minimális sűrűsége forró izosztatikus préselés után (g/cm³)
| Ötvözet | Elméleti sűrűség | Minimális sűrűség HIP után |
|---|---|---|
| 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 |
| Gyengén{0}}ötvözött acél | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Meleg izosztatikus préselési eljárás
A forró izosztatikus préselési eljárás sűrített inert forró gázt használ a munkadarab nyomásának kifejtésére. Fémfröccsöntött alkatrészek esetén a forró izosztatikus préselési hőmérséklet általában 100-200 fokkal alacsonyabb, mint a szinterezési hőmérséklet, és a nyomás általában a 15 000~20 000 psi (105-140 MPa) tartományba esik. A meleg izosztatikus sajtolásnál előnyös gáz az argon, mert atommérete nagy. Nitrogén is használható, de a hatás nem olyan jó, mint az argon. A 9.1. ábra a melegizosztatikus préselés sematikus diagramját mutatja. A folyamat egy szakaszos feldolgozási folyamat, és általában 4-10 óráig tart. A lépések a következők:
(1) Töltse be az anyagot a kemencébe, és zárja be a kemence ajtaját;
(2) Vákuum és töltse fel inert gázzal;
(3) Egyszerre melegítse fel és helyezze nyomás alá;
(4) Egyszerre hűtse le és csökkentse nyomását;
(5) Kipufogó;
(6) Vegye ki az alkatrészeket.
Ez a sorozat egy független forró izosztatikus préselési eljárást képvisel, és általában öntéshez használt sűrű tuskó és fém fröccsöntött alkatrészek gyártására használják. A cementált karbid iparban a forró izosztatikus préselésnek nevezett eljárást alkalmazzák a cementált karbid/kobaltpor alapú komponensek tömörítésére. Mivel a szinterezés és a forró izosztatikus préselés egy lépésben történik, a teljes feldolgozási idő és költség csökken. A nyomás általában 1,5-10 MPa, ami jóval alacsonyabb, mint a szokásos forró izosztatikus préselés, de elegendő a cementált karbid pórusainak eltávolításához. A vezető kínai MIM alkatrészek melegizosztatikus préselési szállítói és a nemzetközi fémfröccsöntő teljes-sűrűségű megoldások szállítói széles körben alkalmazzák ezt az integrált technológiát, hogy nagyobb kifáradási teljesítményű alkatrészeket szállítsanak az űrrepülési, egészségügyi és autóipari ügyfelek számára.
