4 ключевых момента, которые вы должны знать о HIP (горячем изостатическом прессовании)

1.Что такое горячее изостатическое прессование?

HIP - это аббревиатура Hot Isostatic Pressing, которая представляет собой изотропную технологию сжатия и уплотнения целевого материала с использованием высокотемпературного и сжатого газа в качестве среды, передающей давление и тепло (от сотен до 2000 ℃ и изостатическое давление от десятков до 200 МПа). ）. Аргон является наиболее часто используемой средой под давлением.

Он был изобретен в США в 1950-х годах и использовался для формовки, спекания, соединения и устранения дефектов различных материалов, таких как металл, твердый сплав и керамика.

На рис.1 показан внешний вид, а на рис.2 – конфигурация оборудования HIP.

2. Разница между бедром и горячим прессованием

Горячее прессование очень похоже на бедро. Фрезерование, ковка и экструзия также применимы к высокой температуре и высокому давлению, но в отличие от горячего изостатического прессования они неприменимы к изостатическому прессованию.

Наиболее очевидная разница между тазобедренным и горячим прессованием заключается в том, что тазобедренный сустав использует давление газа для приложения изостатического давления к материалам, в то время как горячее прессование оказывает только одноосное давление.

По сравнению с горячим прессованием, вальмовое позволяет придать материалу форму, мало чем отличающуюся от первоначальной формы после прессования. Даже после изменения формы материал может сохранять свою первоначальную форму и относительно меньше ограничивается обработкой продукта. Благодаря полному использованию этих характеристик тазобедренный сустав нашел применение в различных областях.

Чтобы наглядно объяснить разницу между горячим изостатическим прессованием и горячим прессованием, предположим, что горячее изостатическое прессование или горячее прессование применяется к материалу А (металл с отверстиями внутри) и материалу В (металл с неровными торцами) соответственно.

Как показано на рис. 3, при использовании вальмовой технологии материал а будет сжиматься и сохранять свою первоначальную форму до тех пор, пока внутренние поры не исчезнут и не объединятся за счет эффекта диффузии. А материал B вообще не изменит своей формы, потому что к неровному краю приложено равномерное давление.

Как показано на рис. 4, в случае горячего прессования в материале А будут проявляться те же явления, что и вальме. Материал В не может сохранять свою первоначальную неровную форму, поскольку давление прикладывается только к выпуклой части. Материалы А и В будут иметь разную конечную форму после горячего прессования в зависимости от формы используемых штампов и пуансонов. Применение технологии горячего прессования для изготовления крупногабаритных изделий и фасонных деталей обусловлено неравномерностью, вызванной трением о форму и ограничением температуры и размеров в процессе деформирования.

3. Режим хип-приложения

С материалами нужно обращаться в зависимости от ситуации. К наиболее типичным методам относятся «капсульный метод» и «бескапсульный метод».

Как показано на рисунке справа, «метод капсулы» заключается в том, чтобы запечатать порошок или основной корпус, отформованный из порошка, в воздухонепроницаемую капсулу и опорожнить капсулу перед бедром.

Этот «капсульный метод» может обеспечить высокую плотность даже для материалов, трудно поддающихся спеканию по обычной технологии спекания. Поэтому он чаще всего используется в процессе спекания порошковых материалов под давлением. Он также используется для диффузионной сварки или карбонизации пропиткой под высоким давлением различных материалов.

В следующей таблице приведены основные материалы безкапсульного метода и температура/давление при лечении тазобедренного сустава.

Если поры в материале изолированы, закрыты и не связаны с поверхностью материала, эти поры могут быть сжаты и устранены путем обработки бедром. С другой стороны, даже после обработки тазобедренного сустава отверстие, соединенное с поверхностью материала, не сдавливается. Поэтому вальмовая обработка материалов с закрытыми отверстиями может обеспечить высокую плотность всего материала.

Этот материал не требует капсул для бедра, что называется «методом без капсул». Это используется для удаления остаточных пор на спеченных деталях, устранения внутренних дефектов отливок и ремонта деталей, поврежденных усталостью или ползучести.

4. Бетонные приложения HIP

Хип широко используется в следующих областях:

(1) спекание порошка под давлением

(2) диффузионное соединение различных типов материалов

(3) удалить остаточные поры в спеченных деталях

(4) устранение внутренних дефектов отливок

(5) ремонт деталей, поврежденных усталостью или ползучести

(6) метод карбонизации погружением под высоким давлением

В качестве конкретного примера применения вальмовой технологии возьмем производство твердого сплава.

Цементированный карбид уступает стали и другим металлам по ударной вязкости и очень уязвим для таких дефектов, как крупные частицы и поры. Для того, чтобы в полной мере использовать природные свойства этих материалов, необходимо устранить эти внутренние дефекты, а тазобедренный сустав является наиболее эффективным средством устранения этих дефектов.

Поскольку жидкая фаза металла, такого как кобальт, используется в качестве связующей фазы при спекании цементированного карбида, обычное спеченное тело можно уплотнить до плотности, близкой к теоретической плотности. Однако в спеченном теле все еще остаются мелкие поры, которые играют фатальную роль в цементированном карбиде и разрушаются под давлением, которое может выдерживаться в нормальных условиях. Целью горячего изостатического прессования является полное устранение пор в спеченном теле.

В табл. 1 представлены изменения механических свойств при горячем изостатическом прессовании, а на рис. 3 — диаграмма Вейбулла прочности на изгиб до и после горячего изостатического прессования.

Таблица 1 Влияние обработки ГИП на механические свойства твердого сплава

Как показано выше, плотность и твердость цементированного карбида не изменяются при обработке ГИП. Однако за счет удаления мелких пор прочность на изгиб значительно повышается, а разброс прочности становится очень небольшим, что повышает надежность.