La tecnologia HIP es remunta a la feina al laboratori Columbus de Battelle a la dècada de 1950. L'aplicació original era unir un revestiment de zirconi amb elements de combustible d'urani per als primers reactors d'aigua a pressió-un problema de nínxol que va produir una tècnica de fabricació àmpliament útil. Crucible Steel i Kennametal van recollir la tecnologia als anys 60 per a aplicacions de metal·lúrgia de pols i, gradualment, es va convertir en una pràctica estàndard per a peces de fosa aeroespacial crítiques durant els anys 70 i 80. La física no ha canviat gaire des d'aleshores, fins i tot si l'equip s'ha fet substancialment més gran i més ràpid.

Fonaments del procés

El concepte és prou senzill. Les peces es troben en un recipient a pressió mentre el gas argó (de vegades nitrogen, però el radi atòmic més gran de l'argó funciona millor) es pressiona entre 100 i 200 MPa a temperatura elevada. Per als aliatges ferrosos MIM, això normalment significa 1065 graus més o menys; el cobalt-crom s'escalfa al voltant dels 1220 graus; Processament d'aliatges de titani inferior a prop de 900 graus. Els temps de retenció són de 2 a 4 hores depenent del gruix de la secció i del material.

Tres coses succeeixen simultàniament en aquestes condicions. La deformació plàstica col·lapsa els buits perquè la resistència a la fluència disminueix amb la temperatura mentre que la pressió externa es manté constant. La fluència continua la densificació a mesura que el moviment de dislocació s'adapta al canvi de volum. I la difusió atòmica a través de les superfícies buides col·lapsades crea enllaços metal·lúrgics reals-aquest últim mecanisme és el que distingeix HIP de la simple pressió en calent i garanteix que la porositat no es torni a obrir.

Efectes de propietats mecàniques

Les millores a la propietat d'HIP varien bastant segons el que esteu mesurant. La resistència a la tracció i la duresa augmenten modestament-res que justifiqui el cost afegit per si sol. Els guanys reals es mostren en propietats sensibles als defectes interns.

Les dades de tenacitat a l'impacte d'acer inoxidable 17-4PH il·lustren el punt. Utilitzant la matèria primera en pols pre-aliatge, els valors de Charpy van passar d'uns 5,4 joules en sinterització-a 9,5 joules després de HIP. Les rutes d'aliatge mestres van mostrar salts encara més grans: de 6,8 joules a més de 20 joules en alguns estudis. Aquesta és la diferència entre un mode de fallada trencadissa i un de dúctil per a moltes aplicacions. Les millores de la vida útil de la fatiga segueixen patrons similars-l'eliminació dels concentradors d'estrès interns amplia els cicles fins a la fallada per factors de 5 a 10 en les proves de fatiga de cicle elevat.

Per als materials de grau-implant, els números de ductilitat són més importants. El crom cobalt-per ASTM F75 necessita valors d'allargament al voltant del 20% per complir les especificacions dels implants quirúrgics, que com a-MIM sinteritzat normalment no es pot aconseguir. El processament HIP tanca aquesta bretxa. Ti-6Al-4V per F2885 mostra que la resistència a la fluència augmenta d'aproximadament 870 MPa a 960 MPa després de HIP, mantenint l'allargament contraintuïtiu fins que recordeu que la porositat afecta negativament ambdues propietats.

Un avantatge pràctic que no apareix a les taules de propietats del material: la coherència entre lots-a-millora substancialment. Els gradients de temperatura del forn de sinterització creen variacions de densitat a través d'una càrrega-les peces properes als elements de calefacció es densifiquen de manera diferent que les parts del centre. Després de l'HIP, tot convergeix cap a la densitat teòrica, independentment del punt de partida. Per als fabricants d'emmotllament per injecció de metalls que executen un control estadístic del procés, aquesta distribució més ajustada sovint importa tant com els guanys de propietat absoluts.

Realitats de producció

La majoria de proveïdors de serveis d'emmotllament per injecció de metall subcontracten HIP a processadors especialitzats en comptes d'aportar la capacitat a casa-. L'equip és car, les taxes d'utilització d'una única operació MIM rarament justifiquen la capacitat dedicada i l'experiència operativa no es solapa gaire amb les competències bàsiques de sinterització i modelat. Bodycote, Quintus i un grapat d'altres processadors contractuals gestionen la major part del volum comercial.

L'economia del cicle depèn en gran mesura de l'eficiència de càrrega. Un vaixell HIP de producció pot tenir una zona calenta d'1,5 metres de diàmetre i 3 metres d'alçada-un volum substancial que s'ha d'omplir de manera productiva amb un cicle de 4 a 8 hores. Les peces MIM petites es poden fixar densament; els components més grans amb geometria complexa són més difícils d'embalar de manera eficient. Els preus dels contractes ho reflecteixen, ja que els costos per-part disminueixen significativament a volums més elevats.

 

La contaminació superficial és un maldecap recurrent quan s'utilitzen centres de servei multi-aliatges. Les instal·lacions que processen superaliatges de níquel, acers per a eines i titani mitjançant el mateix equip inevitablement deixen traces de dipòsits que es poden transferir a les superfícies de les peces MIM. Els compostos de crom i silici apareixen com a color verd o marró. En general, és superficial i es pot treure mitjançant una mòlta lleugera o una neteja química, però val la pena parlar-ne amb el processador per endavant per a aplicacions crítiques de cosmètics o de biocompatibilitat-. Alguns programes OEM de peces MIM personalitzades especifiquen cicles HIP dedicats per evitar la-contaminació creuada completament.

Els canvis dimensionals durant l'HIP requereixen atenció durant el disseny de les peces. El tancament de la porositat provoca una contracció uniforme proporcional a l'augment de la densitat-de predir i compensar fàcilment. Més problemàtics són els gradients de densitat heretats de l'emmotllament per injecció. Una densitat d'embalatge més alta a prop de la porta en comparació amb les seccions més primes més llunyanes crea una contracció diferencial durant l'HIP que pot distorsionar geometries complexes. Els proveïdors d'emmotllament per injecció de metalls amb experiència executen cicles de prova al principi del desenvolupament per caracteritzar i compensar aquests efectes abans de comprometre's amb eines.

On HIP té sentit econòmic

El cost de processament afegit significa que HIP s'especifica quan els requisits de rendiment ho justifiquen, no com a pas predeterminat. Els components aeroespacials-àleps de turbina, suports estructurals,-maquinari crític-de vol{3}}passen habitualment HIP com a pràctica estàndard segons els requisits del sistema de qualitat AS9100. Els implants mèdics són semblants; Les vies reguladores dels dispositius de classe III obliguen essencialment a material de densitat completa-per a qualsevol cosa que vegi una càrrega cíclica in vivo.

Les aplicacions de l'automoció s'estan expandint a mesura que l'electrificació impulsa els requisits de gestió tèrmica. Les barres de coure-d'alta corrent i les carcasses d'electrònica de potència especifiquen cada cop més HIP per garantir que la conductivitat tèrmica compleixi els objectius de disseny. Els engranatges de precisió per a trens de transmissió elèctrics es beneficien del rendiment millorat a la fatiga. Diversos proveïdors de components d'emmotllament per injecció de metall que van exposar a les exposicions recents de Chinaplas han destacat les peces processades HIP-per a aplicacions de vehicles elèctrics com a àrea de creixement.

Per a peces MIM comercials on predomina la pressió dels costos i els requisits de propietat es mantenen com a-capacitats sinteritzades, HIP afegeix despeses sense un benefici proporcional. La tecnologia troba el seu paper en aquell subconjunt d'aplicacions exigents en què la densitat total permet directament el rendiment del producte-i on els clients reconeixen que la integritat del material és molt important.