Vad är varmisostatisk pressning?

Vad är varmisostatisk pressning?

Översikt

Hot Isostatic Pressing (HIP)-teknik föreslogs på 1950-talet av Battelle Memorial Institute. Den användes ursprungligen för diffusionsbindning av kärnreaktordelar. Det upptäcktes snart att det är en utmärkt teknik för pulverkonsolidering och eliminering av porositet i hårdmetall. Varm isostatisk pressning har utvecklats till en erkänd teknik inom industrin för förtätning och legeringsförtätning för att förbättra dess mekaniska egenskaper, jämnhet och pläteringsförmåga. Dess huvudsakliga funktion är att ta bort tomrum inuti materialet. De flesta tillverkare av metallformsprutning lägger ut denna process till professionella MIM-leverantörer av varm isostatisk pressning eller certifierade HIP-bearbetningsleverantörer.

Eftersom processen är enkel och endast kräver hög temperatur och högtrycksbehandling av delar, är varm isostatisk pressutrustning speciellt utformad för att uppnå dessa förhållanden, och utrustningskostnaden är hög. Under den varma isostatiska pressningen gör hög temperatur materialet mycket mjukt och lätt att deformera, medan högt tryck komprimerar mikroporerna inuti materialet. Porerna elimineras genom kryp- och diffusionsmekanismer. Materialets sträckgräns (YS) minskar när temperaturen ökar. När syre appliceras på metallmaterial kommer de varma protonerna inte att diffundera in i metallmaterialen. Pre-deformationsmekanismerna i det tidiga skedet av varm isostatisk pressning inkluderar Nabarro-sillkrypning (diffusion genom kornets inre), Coble-kryp (korngränskrypning) och dislokationskrypning.

Det sista steget av varm isostatisk pressning inkluderar diffusionsbindning av de slutna porväggarna till varandra. Eftersom den sintrade densiteten hos formsprutade metalldelar är tillräckligt hög och de inre porerna är stängda (inte sammankopplade) och komprimerbara, är de mycket lämpliga för varm isostatisk pressteknik. Om de formsprutade metalldelarna har exponerade och icke-stängda porer, kommer den ventilerade komprimerade gasen att fylla dessa porer utan att komprimera dem. Efter beredning av titanlegering med pulvervarm isostatisk pressteknik måste metallpulvret placeras i en het isostatisk pressugn och dammsugas, och sedan stängs ugnsdörren, så att den nära bindningen mellan pulvren kan uppnås under påverkan av tryck och temperatur. Lyckligtvis når den sintrade densiteten hos formsprutade metalldelar vanligtvis mer än 95 %, och i de flesta fall överstiger den 98 %, medan den lägsta densiteten för heta isostatiska pressade material är mellan 92 % och 94 %. Tabell 9.1 visar minsta densitet av formsprutade metalldelar efter het isostatisk pressning. Genom att märka på metallformsprutade delar med en{11}}högtemperaturmarkör kan man testa om den kan varmpressas isostatiskt.

Om märket inte registreras tydligt och inte diffunderar in i delens inre, kan varm isostatisk pressning användas för att erhålla högre densitet. Om den kommer in i delens inre kan varm isostatisk pressning inte användas för att erhålla högre densitet. Många globala leverantörer av HIP-förtätning av metallformsprutning erbjuder nu ett-efter-bearbetningstjänster för att hjälpa kunder att uppnå MIM-komponenter med full-densitet.

Tabell 9.1 Minsta densitet för formsprutade metalldelar efter varmisostatisk pressning (g/cm³)

Varm isostatisk pressningsprocess

Den heta isostatiska pressningen använder komprimerad inert het gas för att applicera tryck på arbetsstycket. För metallformsprutade delar är den isostatiska varmpressningstemperaturen vanligtvis 100~200 grader lägre än sintringstemperaturen, och trycket är vanligtvis inom området 15 000~20 000 psi (105~140 MPa). Den föredragna gasen för varm isostatisk pressning är argon eftersom dess atomstorlek är stor. Kväve kan också användas, men effekten är inte lika bra som argon. Figur 9.1 visar ett schematiskt diagram av varm isostatisk pressning. Processen är en batchprocess och varar vanligtvis 4~10 timmar. Stegen är följande:

(1) Ladda materialet i ugnen och stäng ugnsdörren;
(2) Dammsug och fyll med inert gas;
(3) Värm upp och tryck samtidigt;
(4) Kyl ner och sänk trycket samtidigt;
(5) Avgasrör;
(6) Ta ut delarna.

Denna sekvens representerar en oberoende varm isostatisk pressningsprocess och används vanligtvis för att tillverka täta ämnen för gjutning och formsprutade metalldelar. Inom hårdmetallindustrin är en process som kallas varm isostatisk presssintring eller trycksintring processen som används för att förtäta hårdmetall/koboltpulverbaserade komponenter. Eftersom sintring och varm isostatisk pressning slutförs i ett steg, minskar den totala bearbetningstiden och kostnaden. Trycket är vanligtvis 1,5 ~ 10 MPa, vilket är mycket lägre än standard varm isostatisk pressning, men det räcker för att eliminera porer i hårdmetall. Ledande kinesiska leverantörer av MIM-delar av isostatisk pressning och internationella leverantörer av full-densitetslösningar för metallformsprutning använder i stor utsträckning denna integrerade teknik för att leverera komponenter med högre utmattningsprestanda för flyg-, medicin- och fordonskunder.