1. Cos'è la pressatura isostatica a caldo?

HIP è l'abbreviazione di Hot Isostatic Pressing, che è una tecnologia di compressione e compattazione isotropica di materiale obiettivo mediante l'uso di gas ad alta temperatura e pressione come mezzo di trasmissione di pressione e calore (da centinaia a 2000 ℃ e una pressione isostatica da decine a 200 MPa ). L'argon è il mezzo di pressione più comunemente usato.

È stato inventato negli Stati Uniti negli anni '50 ed è stato utilizzato per la formatura, la sinterizzazione, la giunzione e la rimozione di difetti di vari materiali come metallo, carburo cementato e ceramica.

La Fig.1 mostra l'aspetto e la Fig.2 mostra la configurazione delle apparecchiature HIP.

4 PUNTI CHIAVE che dovresti conoscere sull'HIP (pressatura isostatica a caldo) 2
Fig.1 Apparecchiatura HIP

4 PUNTI CHIAVE che dovresti conoscere sull'HIP (pressatura isostatica a caldo) 3
Fig.2 Disegno schematico dell'attrezzatura HIP

2. Differenza tra anca e pressatura a caldo

La pressatura a caldo è molto simile all'anca. La fresatura, la forgiatura e l'estrusione sono applicabili anche ad alta temperatura e alta pressione, ma a differenza della pressatura isostatica a caldo, non sono applicabili alla pressatura isostatica.

La differenza più ovvia tra l'anca e la pressatura a caldo è che l'anca utilizza la pressione del gas per applicare una pressione isostatica ai materiali, mentre la pressatura a caldo applica solo una pressione uniassiale.

Rispetto alla pressatura a caldo, l'anca può fornire una forma del materiale che non è molto diversa dalla forma iniziale dopo la pressatura. Anche dopo aver cambiato la forma, il materiale può mantenere la sua forma originale ed è relativamente meno limitato dalla lavorazione del prodotto. Facendo pieno uso di queste caratteristiche, l'anca è stata applicata in vari campi.

Per spiegare chiaramente la differenza tra pressatura isostatica a caldo e pressatura a caldo, assumiamo che la pressatura isostatica a caldo o la pressatura a caldo sia applicata rispettivamente al materiale a (metallo con fori all'interno) e al materiale B (metallo con estremità irregolari).

Come mostrato in Fig. 3, se viene utilizzata la tecnologia dell'anca, il materiale a si restringe e mantiene la sua forma iniziale fino a quando i pori interni scompaiono e si combinano a causa dell'effetto di diffusione. E il materiale B non cambierà affatto la sua forma perché viene applicata una pressione uniforme sul bordo irregolare.

Come mostrato in Fig. 4, nel caso della pressatura a caldo, il materiale a apparirà come il fenomeno dell'anca. Il materiale B non può mantenere la sua forma irregolare iniziale perché la pressione viene applicata solo alla parte convessa. Il materiale a e il materiale B avranno forme finali diverse dopo la pressatura a caldo, a seconda delle forme degli stampi e dei punzoni utilizzati. L'applicazione della tecnologia di stampaggio a caldo per la produzione di prodotti su larga scala e parti stampate è dovuta alla non uniformità causata dall'attrito con lo stampo e alla limitazione della temperatura e delle dimensioni nel processo di deformazione.4 PUNTI CHIAVE che dovresti conoscere sull'HIP (pressatura isostatica a caldo) 4

4 PUNTI CHIAVE che dovresti conoscere sull'HIP (pressatura isostatica a caldo) 5
Fig3 e Fig4

3.Modalità di applicazione dell'anca

I materiali devono essere trattati in base alla situazione. I metodi più tipici includono il "metodo della capsula" e il "metodo senza capsule".

Come mostrato nella figura a destra, il "metodo della capsula" consiste nel sigillare la polvere o il corpo principale modellato dalla polvere in una capsula ermetica e svuotare la capsula prima dell'anca.

Questo "metodo della capsula" può fornire un'elevata densità anche per materiali che sono difficili da sinterizzare con la normale tecnologia di sinterizzazione. Pertanto, è più comunemente usato nel processo di sinterizzazione a pressione di materiali in polvere. Viene anche utilizzato per l'incollaggio a diffusione o la carbonizzazione per impregnazione ad alta pressione di diversi tipi di materiali.

La tabella seguente riassume i materiali principali del metodo capsule free e la temperatura/pressione del trattamento dell'anca.

Se i pori nel materiale sono isolati, chiusi e non collegati alla superficie del materiale, questi pori possono essere schiacciati ed eliminati dal trattamento dell'anca. D'altra parte, anche dopo il trattamento dell'anca, l'apertura collegata alla superficie del materiale non viene schiacciata. Pertanto, il trattamento dell'anca di materiali con fori chiusi può fornire un'elevata densità dell'intero materiale.

Questo materiale non richiede capsule per l'anca, che è chiamato il "metodo senza capsule". Viene utilizzato per rimuovere i pori residui sulle parti sinterizzate, rimuovere i difetti interni dei getti e riparare le parti danneggiate dalla fatica o dallo scorrimento.

4. Applicazioni concrete HIP

L'anca è ampiamente utilizzata nei seguenti campi:

(1) sinterizzazione a pressione di polvere

(2) incollaggio per diffusione di diversi tipi di materiali

(3) rimuovere i pori residui nelle parti sinterizzate

(4) rimozione dei difetti interni dei getti

(5) riparazione di parti danneggiate da fatica o da scorrimento

(6) metodo di carbonizzazione per immersione ad alta pressione

Prendiamo la produzione di carburo cementato come esempio specifico di applicazione della tecnologia dell'anca.

Il carburo cementato ha una tenacità inferiore all'acciaio e ad altri metalli ed è molto vulnerabile a difetti come particelle grossolane e pori. Per sfruttare appieno le caratteristiche naturali di questi materiali, è necessario rimuovere questi difetti interni e l'anca è il mezzo più efficace per eliminare questi difetti.

Poiché la fase liquida di un metallo come il cobalto viene utilizzata come fase legante durante la sinterizzazione del carburo cementato, il normale corpo sinterizzato può essere compattato a una densità vicina alla densità teorica. Tuttavia, nel corpo sinterizzato sono ancora presenti pori sottili, che svolgono un ruolo fatale nel carburo cementato e si rompono sotto la pressione che può essere sopportata in condizioni normali. Lo scopo della pressatura isostatica a caldo è eliminare completamente alcuni pori nel corpo sinterizzato.

La Tabella 1 mostra i cambiamenti delle proprietà meccaniche sotto pressatura isostatica a caldo e la Fig. 3 mostra il diagramma di Weibull della resistenza alla flessione prima e dopo la pressatura isostatica a caldo.

Tabella 1 Effetto del trattamento HIP sulle proprietà meccaniche del carburo cementato

 Prima dell'ancaDopo l'anca
Densità relativa [%]quasi 100quasi 100
Durezza [HRA]91.091.0
Resistenza alla flessione [Mpa]24502940
Resistenza alla frattura
[Mpa·m1/2]
1010.5
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Fig.5 Grafico di Weibull della resistenza alla flessione prima e dopo il trattamento HIP

Come mostrato sopra, la densità e la durezza del carburo cementato non vengono modificate dal trattamento HIP. Tuttavia, rimuovendo i pori fini, la resistenza alla flessione è ampiamente migliorata e la dispersione della resistenza diventa molto piccola per aumentare l'affidabilità.

Novembre 3, 2022

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4 novembre 2022

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