Mis on kuumisostaatpressimine?
Ülevaade
Hot Isostatic Pressing (HIP) tehnoloogia pakkus välja 1950. aastatel Battelle Memorial Institute. Algselt kasutati seda tuumareaktori osade difusioonühendamiseks. Peagi avastati, et see on suurepärane tehnoloogia tsementeeritud karbiidi pulbri konsolideerimiseks ja poorsuse kõrvaldamiseks. Kuum isostaatiline pressimine on tööstuses arenenud tunnustatud tehnoloogiaks tihendamiseks ja sulamite tihendamiseks, et parandada selle mehaanilisi omadusi, siledust ja plaadistusvõimet. Selle peamine ülesanne on eemaldada materjali sees olevad tühimikud. Enamik metalli survevalu tootjaid tellivad selle protsessi professionaalselt MIM-i kuumisostaatpressimise teenusepakkujatelt või sertifitseeritud HIP-töötluse tarnijatelt.
Kuna protsess on lihtne ja nõuab ainult osade kõrget temperatuuri ja kõrgsurvetöötlust, on kuumisostaatpressimise seadmed spetsiaalselt ette nähtud nende tingimuste saavutamiseks ja seadmete maksumus on kõrge. Kuumastaatilise pressimise käigus muudab kõrge temperatuur materjali väga pehmeks ja kergesti deformeeruvaks, samas kui kõrge rõhk surub materjali sees olevad mikropoorid kokku. Poorid eemaldatakse roomamis- ja difusioonimehhanismide kaudu. Materjali voolavuspiir (YS) väheneb temperatuuri tõustes. Kui hapnikku kantakse metallmaterjalidele, siis soojad prootonid ei difundeeru metallmaterjalidesse. Kuum-isostaatilise pressimise varases staadiumis esinevate deformatsioonieelsete
Kuumisostaatilise pressimise viimane etapp hõlmab suletud pooride seinte difusioonühendamist üksteisega. Kuna metallist survevaludetailide paagutatud tihedus on piisavalt kõrge ja sisepoorid on suletud (ei ole omavahel ühendatud) ja kokkusurutavad, sobivad need väga hästi kuumisostaatilise pressimise tehnoloogia jaoks. Kui metallist survevaludetailidel on avatud ja sulgemata poorid, täidab väljavoolav surugaas need poorid neid kokku surumata. Pärast titaanisulami valmistamist pulbrilise kuum-isostaatilise pressimise tehnoloogiaga tuleb metallipulber panna kuuma isostaatilise pressimisahju ja vaakum tõmmata ning seejärel sulgeda ahju uks, nii et rõhu ja temperatuuri mõjul oleks võimalik saavutada pulbrite tihe side. Õnneks ulatub metallist survevaludetailide paagutamise tihedus tavaliselt üle 95% ja enamikul juhtudel ületab 98%, samas kui kuumisostaatpressitud materjalide minimaalne tihedus on vahemikus 92% kuni 94%. Tabelis 9.1 on näidatud metallist survevaludetailide minimaalne tihedus pärast kuumisostaatilist pressimist. Märgistades metallist survevaluvormitud osadele kõrge temperatuuriga{11}}temperatuuri markeriga, saate kontrollida, kas neid saab kuum-isostaatiliselt pressida.
Kui märk pole selgelt registreeritud ja see ei haju detaili sisemusse, võib suurema tiheduse saavutamiseks kasutada kuumisostaatilist pressimist. Kui see siseneb detaili sisemusse, ei saa suurema tiheduse saavutamiseks kasutada kuumisostaatilist pressimist. Paljud ülemaailmsed metallist survevalu HIP-tihendamise tarnijad pakuvad nüüd ühtset-järel-töötlusteenust, et aidata klientidel saavutada täieliku-tihedusega MIM-komponente.
Tabel 9.1 Metallist survevaluvormitud osade minimaalne tihedus pärast kuumisostaatilist pressimist (g/cm³)
| Sulam | Teoreetiline tihedus | Minimaalne tihedus pärast HIP-i |
|---|---|---|
| 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 |
| Madal{0}}legeeritud teras | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Kuum isostaatiline pressimise protsess
Kuumastaatilise pressimise protsessis kasutatakse töödeldavale detailile rõhu avaldamiseks kokkusurutud inertst kuuma gaasi. Metallist survevaludetailide puhul on kuumisostaatilise pressimise temperatuur tavaliselt 100–200 kraadi madalam kui paagutamistemperatuur ja rõhk on tavaliselt vahemikus 15 000~20 000 psi (105–140 MPa). Eelistatav gaas kuumisostaatiliseks pressimiseks on argoon, kuna selle aatomi suurus on suur. Võib kasutada ka lämmastikku, kuid selle mõju pole nii hea kui argoonil. Joonisel 9.1 on kujutatud kuumisostaatpressimise skemaatiline diagramm. Protsess on partiitöötlusprotsess ja kestab tavaliselt 4–10 tundi. Toimingud on järgmised.
(1) Laadige materjal ahju ja sulgege ahju uks;
(2) vaakum ja täitke inertgaasiga;
(3) Kuumutage ja suruge samal ajal;
(4) Jahutage ja vabastage rõhk samal ajal;
(5) heitgaas;
(6) Võtke osad välja.
See järjestus kujutab endast sõltumatut kuumisostaatilist pressimisprotsessi ja seda kasutatakse tavaliselt tihedate toorikute ja metallist survevaludetailide valmistamiseks. Tsementeeritud karbiiditööstuses kasutatakse tsementeeritud karbiidil/koobaltipulbril põhinevate komponentide tihendamiseks protsessi, mida nimetatakse kuumisostaatiliseks presspaagutamiseks või survepaagutamiseks. Kuna paagutamine ja kuumisostaatpressimine viiakse lõpule ühes etapis, väheneb kogu töötlemise aeg ja maksumus. Rõhk on tavaliselt 1,5–10 MPa, mis on palju madalam kui tavaline kuumisostaatiline pressimine, kuid sellest piisab tsementkarbiidi pooride eemaldamiseks. Juhtivad Hiina MIM-osade kuumisostaatpressimise müüjad ja rahvusvahelised metalli survevalu täistihedusega{6}}lahenduste pakkujad kasutavad seda integreeritud tehnoloogiat laialdaselt, et pakkuda kosmose-, meditsiini- ja autoklientidele suuremat väsimust taluvaid komponente.
