4 KLUCZOWE punkty, które powinieneś wiedzieć o HIP (gorące prasowanie izostatyczne)

1. Co to jest prasowanie izostatyczne na gorąco?

HIP to skrót od Hot Isostatic Pressing, które jest izotropową technologią prasowania i zagęszczania materiału przedmiotowego przy użyciu gazu o wysokiej temperaturze i ciśnieniu jako czynnika ciśnieniowego i przenoszącego ciepło - setki do 2000 ℃ i ciśnieniu izostatycznym od kilkudziesięciu do 200 MPa . Najczęściej stosowanym medium ciśnieniowym jest argon.

Został wynaleziony w USA w latach 50. XX wieku i był używany do formowania, spiekania, łączenia i usuwania wad różnych materiałów, takich jak metal, węglik spiekany i ceramika.

Rys.1 przedstawia wygląd, a Rys.2 przedstawia konfigurację sprzętu HIP.

2. Różnica między prasą biodrową a gorącą

Prasowanie na gorąco jest bardzo podobne do bioder. Frezowanie, kucie i wytłaczanie mają również zastosowanie do wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia, ale w przeciwieństwie do prasowania izostatycznego na gorąco, nie mają zastosowania do prasowania izostatycznego.

Najbardziej oczywistą różnicą między prasą biodrową a prasą na gorąco jest to, że biodro wykorzystuje ciśnienie gazu do wywierania ciśnienia izostatycznego na materiały, podczas gdy prasowanie na gorąco stosuje tylko nacisk jednoosiowy.

W porównaniu z prasowaniem na gorąco, biodro może nadać materiałowi kształt niewiele różniący się od pierwotnego kształtu po prasowaniu. Nawet po zmianie kształtu materiał może zachować swój pierwotny kształt i jest stosunkowo mniej ograniczony przez obróbkę produktu. Wykorzystując w pełni te cechy, biodra znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach.

Aby jasno wyjaśnić różnicę między prasowaniem izostatycznym na gorąco a prasowaniem na gorąco, zakładamy, że prasowanie izostatyczne na gorąco lub prasowanie na gorąco dotyczy odpowiednio materiału a (metal z otworami w środku) i materiału B (metal z nierównymi końcami).

Jak pokazano na rys. 3, w przypadku zastosowania technologii bioder, materiał a skurczy się i zachowa swój pierwotny kształt, aż wewnętrzne pory znikną i połączą się dzięki efektowi dyfuzji. A materiał B w ogóle nie zmieni swojego kształtu, ponieważ na nierówną krawędź zostanie przyłożony równomierny nacisk.

Jak pokazano na rys. 4, w przypadku prasowania na gorąco materiał a będzie miał takie samo zjawisko jak biodro. Materiał B nie może zachować swojego początkowego nierównego kształtu, ponieważ nacisk jest wywierany tylko na część wypukłą. Materiał a i materiał B będą miały różne kształty końcowe po prasowaniu na gorąco, w zależności od kształtów stosowanych matryc i stempli. Zastosowanie technologii prasowania na gorąco do wytwarzania wyrobów wielkogabarytowych i wyprasek wynika z niejednorodności spowodowanej tarciem o formę oraz ograniczeniem temperatury i wielkości w procesie odkształcania.

3. Tryb aplikacji biodrowej

Materiały należy traktować zgodnie z sytuacją. Najbardziej typowe metody to „metoda kapsułkowa” i „metoda bez kapsułki”.

Jak pokazano na prawym rysunku, „metoda kapsułkowa” polega na zamknięciu proszku lub głównego korpusu uformowanego z proszku w hermetycznej kapsułce i opróżnieniu kapsułki przed biodrem.

Ta „metoda kapsułowa” może zapewnić wysoką gęstość nawet w przypadku materiałów, które trudno spiekać zwykłą technologią spiekania. Dlatego jest najczęściej stosowany w procesie spiekania ciśnieniowego materiałów proszkowych. Wykorzystywany jest również do wiązania dyfuzyjnego lub karbonizacji impregnacji wysokociśnieniowej różnego rodzaju materiałów.

Poniższa tabela podsumowuje główne materiały metody bezkapsułkowej oraz temperaturę/ciśnienie leczenia biodra.

Jeśli pory w materiale są izolowane, zamknięte i nie są połączone z powierzchnią materiału, pory te mogą zostać ściśnięte i usunięte przez obróbkę stawu biodrowego. Z drugiej strony, nawet po leczeniu biodra, otwór połączony z powierzchnią materiału nie jest ściśnięty. Dlatego obróbka bioder materiałów z zamkniętymi otworami może zapewnić wysoką gęstość całego materiału.

Materiał ten nie wymaga kapsułek na biodra, co nazywa się „metodą bezkapsułkową”. Służy do usuwania resztkowych porów na częściach spiekanych, usuwania wewnętrznych wad odlewów i naprawy części uszkodzonych przez zmęczenie lub pełzanie.

4. Konkretne zastosowania HIP

Biodro jest szeroko stosowane w następujących dziedzinach:

(1) spiekanie ciśnieniowe proszku

(2) klejenie dyfuzyjne różnych rodzajów materiałów

(3) usuń pozostałe pory w spiekanych częściach

(4) usuwanie wad wewnętrznych odlewów

(5) naprawa części uszkodzonych zmęczeniowo lub przez pełzanie

(6) metoda karbonizacji zanurzeniowej pod wysokim ciśnieniem

Jako konkretny przykład zastosowania technologii biodrowej weźmy produkcję węglika spiekanego.

Węglik spiekany jest gorszy od stali i innych metali pod względem wytrzymałości i jest bardzo podatny na wady, takie jak grube cząstki i pory. Aby w pełni wykorzystać naturalne właściwości tych materiałów, konieczne jest usunięcie tych wewnętrznych wad, a biodro jest najskuteczniejszym sposobem ich wyeliminowania.

Ponieważ faza ciekła metalu, takiego jak kobalt, jest stosowana jako faza spoiwa podczas spiekania węglika spiekanego, zwykły spiekany korpus można zagęszczać do gęstości zbliżonej do gęstości teoretycznej. Jednak w bryle spiekanej nadal znajdują się drobne pory, które odgrywają fatalną rolę w węgliku spiekanym i pękają pod wpływem nacisku, jaki można utrzymać w normalnych warunkach. Prasowanie izostatyczne na gorąco ma na celu całkowite wyeliminowanie niektórych porów w spiekanej bryle.

W tabeli 1 przedstawiono zmiany właściwości mechanicznych pod wpływem izostatycznego prasowania na gorąco, a na rysunku 3 przedstawiono wykres Weibulla wytrzymałości na zginanie przed i po prasowaniu izostatycznym na gorąco.

Tablica 1 Wpływ obróbki HIP na właściwości mechaniczne węglika spiekanego

Jak pokazano powyżej, gęstość i twardość węglika spiekanego nie zmieniają się pod wpływem obróbki HIP. Jednak dzięki usunięciu drobnych porów wytrzymałość na zginanie ulega znacznej poprawie, a rozproszenie wytrzymałości staje się bardzo małe, aby zwiększyć niezawodność.