1. O que é prensagem isostática a quente?

HIP é a abreviatura de Hot Isostatic Pressing, que é uma compressão isotrópica e tecnologia de compactação de material objetivo pelo uso de gás de alta temperatura e pressão como meio de transmissão de pressão e calor (centenas a 2000 ℃ e uma pressão isostática de dezenas a 200 MPa). ). O argônio é o meio de pressão mais comumente usado.

Foi inventado nos EUA na década de 1950 e tem sido usado para conformação, sinterização, união e remoção de defeitos de vários materiais, como metal, metal duro e cerâmica.

A Fig.1 mostra a aparência e a Fig.2 mostra a configuração do equipamento HIP.

4 pontos-chave que você deve saber sobre HIP (prensa isostática a quente) 2
Fig.1 Equipamento HIP

4 pontos-chave que você deve saber sobre HIP (prensa isostática a quente) 3
Fig.2 Desenho esquemático do equipamento HIP

2. Diferença entre quadril e prensagem a quente

A prensagem a quente é muito semelhante ao quadril. Fresamento, forjamento e extrusão também são aplicáveis a alta temperatura e alta pressão, mas ao contrário da prensagem isostática a quente, não são aplicáveis à prensagem isostática.

A diferença mais óbvia entre o quadril e a prensagem a quente é que o quadril usa pressão de gás para aplicar pressão isostática aos materiais, enquanto a prensagem a quente aplica apenas pressão uniaxial.

Comparado com a prensagem a quente, o quadril pode fornecer uma forma de material que não é muito diferente da forma inicial após a prensagem. Mesmo depois de mudar a forma, o material pode manter sua forma original e é relativamente menos restringido pelo processamento do produto. Ao fazer pleno uso dessas características, o quadril tem sido aplicado em vários campos.

Para explicar claramente a diferença entre prensagem isostática a quente e prensagem a quente, assumimos que a prensagem isostática a quente ou prensagem a quente é aplicada ao material a (metal com furos no interior) e material B (metal com extremidades irregulares), respectivamente.

Conforme mostrado na Fig. 3, se a tecnologia de quadril for usada, o material a encolherá e manterá sua forma inicial até que os poros internos desapareçam e sejam combinados devido ao efeito de difusão. E o material B não mudará sua forma porque uma pressão uniforme é aplicada à borda irregular.

Conforme mostrado na Fig. 4, no caso de prensagem a quente, o material a apresentará o mesmo fenômeno que o quadril. O material B não pode manter sua forma irregular inicial porque a pressão é aplicada apenas na porção convexa. O material a e o material B terão formas finais diferentes após a prensagem a quente, dependendo das formas das matrizes e punções utilizadas. A aplicação da tecnologia de prensagem a quente para a fabricação de produtos em larga escala e peças moldadas se deve à não uniformidade causada pelo atrito com o molde e pela limitação de temperatura e tamanho no processo de deformação.4 pontos-chave que você deve saber sobre HIP (prensa isostática a quente) 4

4 pontos-chave que você deve saber sobre HIP (prensa isostática a quente) 5
Fig3 e Fig4

3.Modo de aplicação Hip

Os materiais precisam ser tratados de acordo com a situação. Os métodos mais comuns incluem “método da cápsula” e “método sem cápsula”.

Conforme mostrado na figura à direita, o “método da cápsula” é selar o pó ou o corpo principal moldado a partir do pó em uma cápsula hermética e esvaziar a cápsula antes do quadril.

Este “método de cápsula” pode fornecer alta densidade mesmo para materiais que são difíceis de serem sinterizados pela tecnologia de sinterização comum. Portanto, é mais comumente usado no processo de sinterização sob pressão de materiais em pó. Também é usado para ligação por difusão ou carbonização por impregnação de alta pressão de diferentes tipos de materiais.

A tabela a seguir resume os principais materiais do método sem cápsulas e temperatura/pressão do tratamento do quadril.

Se os poros do material estiverem isolados, fechados e não conectados à superfície do material, esses poros podem ser espremidos e eliminados pelo tratamento do quadril. Por outro lado, mesmo após o tratamento do quadril, a abertura conectada à superfície do material não é espremida. Portanto, o tratamento do quadril de materiais com orifícios fechados pode fornecer alta densidade de todo o material.

Este material dispensa cápsulas para o quadril, o que é chamado de “método sem cápsulas”. Isso é usado para remover poros residuais em peças sinterizadas, remover defeitos internos de peças fundidas e reparar peças danificadas por fadiga ou fluência.

4. Aplicações concretas HIP

Hip é amplamente utilizado nos seguintes campos:

(1) sinterização sob pressão de pó

(2) ligação por difusão de diferentes tipos de materiais

(3) remover os poros residuais nas peças sinterizadas

(4) remoção de defeitos internos de peças fundidas

(5) reparo de peças danificadas por fadiga ou fluência

(6) método de carbonização por imersão em alta pressão

Tomemos a produção de metal duro como um exemplo específico de aplicação da tecnologia de quadril.

O metal duro é inferior ao aço e outros metais em tenacidade e é muito vulnerável a defeitos como partículas grossas e poros. Para aproveitar ao máximo as características naturais desses materiais, é necessário remover esses defeitos internos, e o quadril é o meio mais eficaz para eliminar esses defeitos.

Uma vez que a fase líquida de um metal como o cobalto é usada como fase ligante ao sinterizar o carboneto cimentado, o corpo sinterizado comum pode ser compactado a uma densidade próxima da densidade teórica. No entanto, ainda existem poros finos no corpo sinterizado, que desempenham um papel fatal no metal duro e quebram sob a pressão que pode ser suportada em condições normais. O objetivo da prensagem isostática a quente é eliminar completamente alguns poros do corpo sinterizado.

A Tabela 1 mostra as alterações das propriedades mecânicas sob prensagem isostática a quente, e a Fig. 3 mostra o diagrama de Weibull da resistência à flexão antes e depois da prensagem isostática a quente.

Tabela 1 Efeito do tratamento HIP nas propriedades mecânicas do metal duro

 Antes do HIPApós HIP
Densidade relativa [%]quase 100quase 100
Dureza [HRA]91.091.0
Força de flexão [Mpa]24502940
Resistência à fratura
[Mpa·m1/2]
1010.5
4 pontos-chave que você deve saber sobre HIP (prensa isostática a quente) 6
Fig.5 Gráfico Weibull da resistência à flexão antes e após o tratamento HIP

Como mostrado acima, a densidade e a dureza do metal duro não são alteradas pelo tratamento HIP. No entanto, pela remoção de poros finos, a resistência à flexão é amplamente melhorada e a dispersão na resistência torna-se muito pequena para aumentar a confiabilidade.

novembro 3, 2022

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4 de novembro de 2022

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