Kas yra karštasis izostatinis presavimas?
Apžvalga
Karštojo izostatinio presavimo (HIP) technologiją šeštajame dešimtmetyje pasiūlė Battelle memorialinis institutas. Iš pradžių jis buvo naudojamas branduolinio reaktoriaus dalių difuziniam sujungimui. Netrukus buvo išsiaiškinta, kad tai puiki technologija milteliams sutvirtinti ir pašalinti poringumą cementuotame karbide. Karštas izostatinis presavimas tapo pripažinta pramonėje tankinimo ir lydinio tankinimo technologija, siekiant pagerinti jo mechanines savybes, lygumą ir padengimo galimybes. Jo pagrindinė funkcija yra pašalinti tuštumus medžiagos viduje. Dauguma metalo liejimo formų gamintojų šį procesą perduoda profesionaliems MIM karštojo izostatinio presavimo paslaugų teikėjams arba sertifikuotiems HIP apdorojimo tiekėjams.
Kadangi procesas yra paprastas ir reikalauja tik dalių apdorojimo aukšta temperatūra ir aukštu slėgiu, karšto izostatinio presavimo įranga yra specialiai sukurta šioms sąlygoms pasiekti, o įrangos kaina yra didelė. Karšto izostatinio presavimo proceso metu dėl aukštos temperatūros medžiaga tampa labai minkšta ir lengvai deformuojama, o aukštas slėgis suspaudžia medžiagos viduje esančias mikroporas. Poros pašalinamos naudojant šliaužimo ir difuzijos mechanizmus. Medžiagos takumo riba (YS) mažėja didėjant temperatūrai. Kai deguonis yra naudojamas metalinėms medžiagoms, šilti protonai neišsisklaido į metalines medžiagas. Ankstyvoje karštojo izostatinio presavimo stadijoje pre-deformacijos mechanizmai yra Nabarro-Silkės šliaužimas (difuzija per grūdų vidų), Coble creep (grūdų ribos šliaužimas) ir dislokacijos šliaužimas.
Paskutinis karšto izostatinio presavimo etapas apima uždarų porų sienelių difuzinį sujungimą viena su kita. Kadangi metalinių įpurškimo formų dalių sukepinimo tankis yra pakankamai didelis, o vidinės poros uždaros (nesusijungusios) ir suspaudžiamos, jos labai tinka karšto izostatinio presavimo technologijai. Jei metalinėse įpurškimo formose yra atvirų ir neuždarytų porų, išleidžiamos suslėgtos dujos užpildys šias poras jų nesuspausdamos. Paruošus titano lydinį miltelių karšto izostatinio presavimo technologija, metalo milteliai turi būti dedami į karšto izostatinio presavimo krosnį ir išsiurbiami, o tada krosnies durelės uždaromos, kad būtų galima pasiekti glaudų miltelių ryšį veikiant slėgiui ir temperatūrai. Laimei, metalinių liejinių dalių sukepinimo tankis paprastai siekia daugiau nei 95%, o daugeliu atvejų viršija 98%, o mažiausias karštai izostatiškai presuotų medžiagų tankis yra nuo 92% iki 94%. 9.1 lentelėje parodytas mažiausias metalinių liejinių dalių tankis po karšto izostatinio presavimo. Aukštos temperatūros žymekliu pažymėdami metalines įpurškimo formas dalis galite patikrinti, ar jas galima karštai izostatiškai spausti.
Jei ženklas nėra aiškiai užfiksuotas ir neišsisklinda į detalės vidų, norint gauti didesnį tankį, galima naudoti karštą izostatinį presavimą. Jei jis patenka į detalės vidų, karštas izostatinis presavimas negali būti naudojamas didesniam tankiui gauti. Daugelis pasaulinių metalo liejimo HIP tankinimo tiekėjų dabar siūlo vieno-papildomo-apdorojimo paslaugas, kad padėtų klientams pasiekti viso-tankio MIM komponentus.
9.1 lentelė Minimalus metalo įpurškimo liejinių dalių tankis po karšto izostatinio presavimo (g/cm³)
| Lydinys | Teorinis tankis | Minimalus tankis po HIP |
|---|---|---|
| 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 |
| Mažai{0}}legiruotas plienas | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Karšto izostatinio presavimo procesas
Karšto izostatinio presavimo procese naudojamos suslėgtos inertinės karštos dujos, kad būtų daromas slėgis ruošiniui. Metalinių liejinių dalių karšto izostatinio presavimo temperatūra paprastai yra 100–200 laipsnių žemesnė nei sukepinimo temperatūra, o slėgis paprastai yra 15 000–20 000 psi (105–140 MPa). Pirmenybė teikiama karštam izostatiniam presavimui argonui, nes jo atominis dydis yra didelis. Galima naudoti ir azotą, tačiau poveikis nėra toks geras kaip argonas. 9.1 paveiksle parodyta karšto izostatinio presavimo schema. Procesas yra paketinio apdorojimo procesas ir paprastai trunka 4–10 valandų. Veiksmai yra tokie:
(1) Įdėkite medžiagą į krosnį ir uždarykite krosnies dureles;
(2) Nusiurbkite ir užpildykite inertinėmis dujomis;
(3) Įkaitinkite ir padidinkite slėgį tuo pačiu metu;
(4) tuo pačiu metu atvėsinkite ir pašalinkite slėgį;
(5) išmetimas;
(6) Išimkite dalis.
Ši seka atspindi nepriklausomą karšto izostatinio presavimo procesą ir paprastai naudojama tankiems ruošiniams liejimui ir metalinėms įpurškimo formoms gaminti. Cementuoto karbido pramonėje procesas, vadinamas karšto izostatinio presavimo sukepimu arba slėginiu sukepimu, yra procesas, naudojamas cementuoto karbido / kobalto miltelių komponentams tankinti. Kadangi sukepinimas ir karštasis izostatinis presavimas baigiami vienu žingsniu, sumažėja bendras apdorojimo laikas ir sąnaudos. Slėgis paprastai yra 1,5–10 MPa, o tai yra daug mažesnis nei standartinis karštas izostatinis presavimas, tačiau to pakanka, kad pašalintų cementuoto karbido poras. Pirmaujantys Kinijos MIM dalių karšto izostatinio presavimo pardavėjai ir tarptautiniai metalo liejimo viso -tankio tirpalų tiekėjai plačiai taiko šią integruotą technologiją, kad aviacijos, medicinos ir automobilių klientams pateiktų didesnio nuovargio efektyvumo komponentus.
