Què és la premsa isostàtica en calent?
Visió general
La tecnologia Hot Isostatic Pressing (HIP) va ser proposada a la dècada de 1950 pel Battelle Memorial Institute. Originalment es va utilitzar per a l'enllaç de difusió de parts del reactor nuclear. Aviat es va descobrir que és una tecnologia excel·lent per a la consolidació de pols i l'eliminació de la porositat en el carbur cimentat. El premsat isostàtic en calent s'ha convertit en una tecnologia reconeguda a la indústria per a la densificació i la densificació d'aliatges per millorar les seves propietats mecàniques, suavitat i capacitat de xapat. La seva funció principal és eliminar els buits dins del material. La majoria dels fabricants d'emmotllament per injecció de metall subcontracten aquest procés a proveïdors professionals de serveis de premsa isostàtica en calent MIM o proveïdors certificats de processament HIP.
Com que el procés és senzill i només requereix un tractament d'alta temperatura i alta pressió de les peces, l'equip de premsa isostàtica en calent està especialment dissenyat per aconseguir aquestes condicions i el cost de l'equip és elevat. Durant el procés de premsat isostàtic en calent, l'alta temperatura fa que el material sigui molt suau i fàcil de deformar, mentre que l'alta pressió comprimeix els microporus dins del material. Els porus s'eliminen mitjançant mecanismes de fluència i difusió. El límit elàstic (YS) del material disminueix a mesura que augmenta la temperatura. Quan s'aplica oxigen als materials metàl·lics, els protons càlids no es difondran als materials metàl·lics. Els mecanismes de pre-deformació en l'etapa inicial del premsat isostàtic en calent inclouen la fluència d'arengada de Nabarro- (difusió a través de l'interior del gra), la fluència de Coble (fluència del límit del gra) i la fluència de dislocació.
L'etapa final de premsa isostàtica en calent inclou la unió per difusió de les parets de porus tancades entre si. Com que la densitat sinteritzada de les peces modelades per injecció metàl·lica és prou alta i els porus interns estan tancats (no interconnectats) i compressibles, són molt adequats per a la tecnologia de premsat isostàtica en calent. Si les peces modelades per injecció de metall tenen porus exposats i no tancats, el gas comprimit ventilat omplirà aquests porus sense comprimir-los. Després de preparar l'aliatge de titani mitjançant la tecnologia de premsat isostàtica en calent en pols, la pols metàl·lica s'ha de posar en un forn de premsat isostàtic calent i aspirar, i després es tanca la porta del forn, de manera que es pugui aconseguir una unió estreta entre les pols sota l'acció de la pressió i la temperatura. Afortunadament, la densitat sinteritzada de les peces modelades per injecció metàl·lica acostuma a superar el 95%, i en la majoria dels casos supera el 98%, mentre que la densitat mínima dels materials premsats isostàtics en calent està entre el 92% i el 94%. La taula 9.1 mostra la densitat mínima de peces modelades per injecció de metall després del premsat isostàtic en calent. Si marqueu les peces modelades per injecció metàl·liques amb un marcador d'alta-temperatura, podeu comprovar si es pot pressionar isostàticament en calent.
Si la marca no s'enregistra clarament i no es difon a l'interior de la peça, es pot utilitzar una pressió isostàtica en calent per obtenir una densitat més alta. Si entra a l'interior de la peça, no es pot utilitzar la pressió isostàtica en calent per obtenir una densitat més gran. Molts proveïdors globals de densificació HIP d'emmotllament per injecció de metalls ofereixen ara un servei de-post-processament únic per ajudar els clients a aconseguir components MIM de-densitat completa.
Taula 9.1 Densitat mínima de peces modelades per injecció de metall després del premsat isostàtic en calent (g/cm³)
| Aliatge | Densitat teòrica | Densitat mínima després de la maluc |
|---|---|---|
| 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 |
| Acer de baix-aliatge | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Procés de premsat isostàtic en calent
El procés de premsat isostàtic en calent utilitza gas calent inert comprimit per aplicar pressió a la peça de treball. Per a peces modelades per injecció metàl·lica, la temperatura de premsat isostàtica en calent sol ser 100 ~ 200 graus inferior a la temperatura de sinterització i la pressió sol estar en el rang de 15 000~20 000 psi (105 ~ 140 MPa). El gas preferit per a la premsa isostàtica en calent és l'argó perquè la seva mida atòmica és gran. També es pot utilitzar nitrogen, però l'efecte no és tan bo com l'argó. La figura 9.1 mostra un diagrama esquemàtic del premsat isostàtic en calent. El procés és un procés de processament per lots i sol durar entre 4 i 10 h. Els passos són els següents:
(1) Carregueu el material al forn i tanqueu la porta del forn;
(2) Aspirar i omplir amb gas inert;
(3) Escalfeu i pressuritzeu al mateix temps;
(4) Refredar i despresuritzar al mateix temps;
(5) Escapament;
(6) Traieu les peces.
Aquesta seqüència representa un procés de premsat isostàtic en calent independent i normalment s'utilitza per fabricar palanxes denses per a peces de fosa i modelat per injecció de metall. A la indústria del carbur cimentat, un procés anomenat sinterització de premsa isostàtica en calent o sinterització a pressió és el procés que s'utilitza per densificar components basats en pols de carbur cimentat/cobalt. Atès que la sinterització i la premsa isostàtica en calent es completen en un sol pas, el temps i el cost totals de processament es redueixen. La pressió sol ser d'1,5 ~ 10 MPa, que és molt inferior a la premsa isostàtica en calent estàndard, però és suficient per eliminar els porus del carbur cimentat. Els principals proveïdors de premsa isostàtica en calent de peces MIM de la Xina i proveïdors internacionals de solucions d'emmotllament per injecció de metalls de-densitat completa adopten àmpliament aquesta tecnologia integrada per oferir components de major rendiment a la fatiga per als clients aeroespacials, mèdics i d'automoció.
