Čo je horúce izostatické lisovanie?
Prehľad
Technológia horúceho izostatického lisovania (HIP) bola navrhnutá v 50. rokoch 20. storočia Battelle Memorial Institute. Pôvodne sa používal na difúzne spájanie častí jadrového reaktora. Čoskoro sa zistilo, že ide o vynikajúcu technológiu na spevnenie prášku a odstránenie pórovitosti v slinutých karbidoch. Izostatické lisovanie za tepla sa vyvinulo do uznávanej technológie v priemysle na zahusťovanie a zahusťovanie zliatin s cieľom zlepšiť jej mechanické vlastnosti, hladkosť a schopnosť pokovovania. Jeho hlavnou funkciou je odstránenie dutín vo vnútri materiálu. Väčšina výrobcov vstrekovania kovov zadáva tento proces profesionálnym poskytovateľom služieb izostatického lisovania za tepla MIM alebo certifikovaným dodávateľom spracovania HIP.
Pretože proces je jednoduchý a vyžaduje iba vysokoteplotné a vysokotlakové spracovanie dielov, zariadenie na izostatické lisovanie za tepla je špeciálne navrhnuté na dosiahnutie týchto podmienok a náklady na zariadenie sú vysoké. Počas procesu izostatického lisovania za horúca vysoká teplota robí materiál veľmi mäkkým a ľahko sa deformuje, zatiaľ čo vysoký tlak stláča mikropóry vo vnútri materiálu. Póry sú eliminované mechanizmom tečenia a difúzie. Medza klzu (YS) materiálu klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Keď sa kyslík aplikuje na kovové materiály, teplé protóny nebudú difundovať do kovových materiálov. Medzi pre-deformačné mechanizmy v ranom štádiu izostatického lisovania za tepla patrí Nabarro-sleďové tečenie (difúzia vnútrom zrna), Cobleovo tečenie (tečenie po hraniciach zŕn) a dislokačné tečenie.
Konečná fáza izostatického lisovania za tepla zahŕňa difúzne spojenie stien uzavretých pórov navzájom. Pretože hustota spekania kovových vstrekovaných dielov je dostatočne vysoká a vnútorné póry sú uzavreté (neprepojené) a stlačiteľné, sú veľmi vhodné pre technológiu izostatického lisovania za tepla. Ak majú kovové vstrekované diely odkryté a neuzavreté póry, vypustený stlačený plyn tieto póry vyplní bez toho, aby ich stlačil. Po príprave titánovej zliatiny technológiou práškového izostatického lisovania za horúca je potrebné kovový prášok vložiť do horúcej izostatickej lisovacej pece a povysávať a potom sa dvierka pece zatvoria, aby sa pod pôsobením tlaku a teploty mohlo dosiahnuť tesné spojenie medzi práškami. Našťastie hustota spekania kovových dielov vyrobených vstrekovaním zvyčajne dosahuje viac ako 95 % a vo väčšine prípadov presahuje 98 %, zatiaľ čo minimálna hustota izostaticky lisovaných materiálov za tepla je medzi 92 % a 94 %. Tabuľka 9.1 ukazuje minimálnu hustotu kovových vstrekovaných dielov po izostatickom lisovaní za tepla. Označením kovových dielov vyrobených vstrekovaním pomocou vysokoteplotnej{11}značky môžete otestovať, či sa dajú izostaticky lisovať za tepla.
Ak značka nie je zreteľne zaznamenaná a nerozptyľuje sa do vnútra dielu, na získanie vyššej hustoty je možné použiť izostatické lisovanie za tepla. Ak sa dostane do vnútra dielu, nie je možné použiť izostatické lisovanie za tepla na získanie vyššej hustoty. Mnohí svetoví dodávatelia zhutňovania HIP vstrekovaním kovov teraz ponúkajú-služby po{3}}spracovaní na jednom mieste, aby pomohli zákazníkom dosiahnuť-komponenty MIM s plnou{4}}hustotou.
Tabuľka 9.1 Minimálna hustota kovových dielov vyrobených vstrekovaním po izostatickom lisovaní za tepla (g/cm³)
| Zliatina | Teoretická hustota | Minimálna hustota po HIP |
|---|---|---|
| Ti–6Al–4V | 4.43 | 4.1 |
| F2886 (F75) | 8.4 | 7.8 |
| 17–4h SS | 7.8 | 7.2 – 7.10 |
| 316L SS | 8.0 | 7.4 |
| Nízkolegovaná-oceľ | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Proces izostatického lisovania za tepla
Proces izostatického lisovania za horúca využíva stlačený inertný horúci plyn na vyvinutie tlaku na obrobok. V prípade kovových vstrekovaných dielov je teplota izostatického lisovania za horúca zvyčajne o 100 až 200 stupňov nižšia ako teplota spekania a tlak je zvyčajne v rozsahu 15 000~20 000 psi (105 ~ 140 MPa). Výhodným plynom na izostatické lisovanie za horúca je argón, pretože jeho atómová veľkosť je veľká. Môže sa použiť aj dusík, ale účinok nie je taký dobrý ako argón. Obrázok 9.1 znázorňuje schematický diagram izostatického lisovania za tepla. Proces je dávkový proces a zvyčajne trvá 4~10 hodín. Kroky sú nasledovné:
(1) Vložte materiál do pece a zatvorte dvierka pece;
(2) Vysajte a naplňte inertným plynom;
(3) Zahrievajte a natlakujte súčasne;
(4) Súčasne ochladzujte a odtlakujte;
(5) výfuk;
(6) Vyberte diely.
Táto sekvencia predstavuje nezávislý proces izostatického lisovania za tepla a zvyčajne sa používa na výrobu hustých predvalkov na odlievanie a kovových vstrekovaných dielov. V priemysle slinutého karbidu sa proces nazývaný spekanie izostatickým lisovaním za tepla alebo tlakové spekanie používa na zahusťovanie komponentov na báze slinutého karbidu/kobaltového prášku. Keďže spekanie a izostatické lisovanie za tepla sú dokončené v jednom kroku, znižuje sa celkový čas spracovania a náklady. Tlak je zvyčajne 1,5 ~ 10 MPa, čo je oveľa menej ako štandardné izostatické lisovanie za tepla, ale stačí na odstránenie pórov v slinutých karbidoch. Poprední čínski predajcovia dielov MIM izostatického lisovania za tepla a medzinárodní poskytovatelia riešení na vstrekovanie kovov s plnou-hustotou vo veľkej miere prijímajú túto integrovanú technológiu na poskytovanie komponentov s vyšším únavovým výkonom pre zákazníkov v letectve, zdravotníctve a automobilovom priemysle.
