HIP tehnologija datira iz rada u Battelleovoj Columbus laboratoriji 1950-ih. Prvobitna primjena je bila vezivanje cirkonijumske obloge na uranijumske gorive elemente za rane vodene reaktore pod pritiskom-, problem niše koji je proizveo široko korisnu proizvodnu tehniku. Crucible Steel i Kennametal su preuzeli tehnologiju 1960-ih za primjenu u metalurgiji praha, a ona je postepeno postala standardna praksa za kritične odljevke u zrakoplovstvu tijekom 1970-ih i 1980-ih. Fizika se od tada nije mnogo promijenila, čak i ako je oprema postala znatno veća i brža.

Osnove procesa

Koncept je dovoljno jednostavan. Dijelovi sjede u posudi pod tlakom dok plin argon (ponekad dušik, ali argonov veći atomski radijus radi bolje) stvara pritisak negdje između 100 i 200 MPa na povišenoj temperaturi. Za legure gvožđa MIM, to obično znači 1065 stepeni ili tako nešto; kobalt-hrom radi toplije oko 1220 stepeni; titanijumske legure obrađuju niže blizu 900 stepeni. Vrijeme držanja traje 2 do 4 sata ovisno o debljini presjeka i materijalu.

Tri stvari se dešavaju istovremeno u tim uslovima. Plastična deformacija urušava šupljine jer granica popuštanja opada s temperaturom dok vanjski pritisak ostaje konstantan. Puzanje nastavlja zgušnjavanje jer kretanje dislokacije prilagođava promjenu volumena. A atomska difuzija preko srušenih praznih površina stvara stvarne metalurške veze-ovaj posljednji mehanizam je ono što razlikuje HIP od jednostavnog vrućeg presovanja i osigurava da se poroznost ponovo ne otvori.

Efekti mehaničkih svojstava

Poboljšanja imovine od HIP-a dosta variraju u zavisnosti od onoga što mjerite. Zatezna čvrstoća i tvrdoća skromno rastu-ništa što samo po sebi ne opravdava dodatni trošak. Pravi dobici se pokazuju u svojstvima osjetljivim na unutrašnje nedostatke.

Podaci o udarnoj žilavosti nerđajućeg čelika 17-4PH ilustruju to. Koristeći prethodno -legiranu praškastu sirovinu, Charpyjeve vrijednosti su porasle sa oko 5,4 džula kao -sinterovanih na 9,5 džula nakon HIP-a. Rute od glavne legure pokazale su još veće skokove: 6,8 džula do preko 20 džula u nekim studijama. To je razlika između načina krtog kvara i duktilnog za mnoge primjene. Poboljšanja vijeka trajanja prate slične obrasce-eliminiranje unutrašnjih koncentratora naprezanja produžava cikluse do otkaza za faktore od 5 do 10 u visokocikličnom testiranju zamora.

Za materijale{0}}vrste implantata, brojevi duktilnosti su najvažniji. Kobalt-hrom po ASTM F75 treba vrijednosti istezanja oko 20% da bi se zadovoljile specifikacije hirurških implantata, što se-sinterovani MIM obično ne može postići. HIP obrada zatvara taj jaz. Ti-6Al-4V po F2885 pokazuje jačinu tečenja koja se zapravo povećava sa otprilike 870 MPa na 960 MPa nakon HIP-a, dok održava kontraintuitivnu elongaciju dok se ne sjetite da poroznost negativno utječe na oba svojstva.

Jedna praktična prednost koja se ne pojavljuje u tabelama svojstava materijala: konzistentnost serije-do-serije se značajno poboljšava. Temperaturni gradijenti peći za sinteriranje stvaraju varijacije gustine preko opterećenja-dijelova u blizini grijaćih elemenata gušće se drugačije od dijelova u centru. Nakon HIP-a, sve konvergira prema teorijskoj gustoći bez obzira na početnu tačku. Za proizvođače brizganja metala koji vode statističku kontrolu procesa, ova pooštrena distribucija često je važna koliko i apsolutni dobitak svojstva.

Production Realities

Većina provajdera usluga brizganja metala prebacuje HIP specijaliziranim procesorima umjesto da donose mogućnosti u-kući. Oprema je skupa, stope iskorišćenja za jednu MIM operaciju retko opravdavaju namenski kapacitet, a operativna ekspertiza se ne preklapa mnogo sa osnovnim kompetencijama za sinterovanje i oblikovanje. Bodycote, Quintus i nekolicina drugih ugovornih procesora obrađuju većinu komercijalnog obima.

Ekonomika ciklusa u velikoj mjeri ovisi o efikasnosti utovara. Proizvodna HIP posuda može imati vruću zonu promjera 1,5 metara i visine 3 metra-značajnu zapreminu koju treba produktivno napuniti s obzirom na vrijeme ciklusa od 4 do 8 sati. Mali MIM dijelovi mogu se gusto pričvrstiti; veće komponente sa složenom geometrijom teže je efikasno spakovati. Ugovorne cijene odražavaju to, s-troškovi po dijelu značajno padaju pri većim količinama.

 

Površinska kontaminacija je ponavljajuća glavobolja kada se koriste servisni centri za više-legura. Postrojenja koja obrađuju superlegure nikla, alatne čelike i titanijum kroz istu opremu neizbježno ostavljaju tragove koji se mogu prenijeti na površine MIM dijelova. Jedinjenja hroma i silicija pokazuju se kao zelena ili smećkasta boja. Obično je površinski i može se ukloniti laganim brušenjem ili hemijskim čišćenjem, ali vrijedi unaprijed razgovarati s procesorom o kozmetičkim ili biokompatibilnim-kozmetičkim primjenama. Neki prilagođeni MIM dijelovi OEM programi specificiraju namjenske HIP cikluse kako bi se u potpunosti izbjegla unakrsna-kontaminacija.

Promene dimenzija tokom HIP zahtevaju pažnju tokom projektovanja dela. Zatvaranje poroznosti uzrokuje ujednačeno skupljanje proporcionalno povećanju gustine-jednostavno za predviđanje i kompenzaciju. Problematičniji su gradijenti gustoće naslijeđeni brizganjem. Veća gustina pakovanja u blizini kapije u odnosu na tanje sekcije dalje stvara diferencijalno skupljanje tokom HIP-a koje može izobličiti složene geometrije. Iskusni dobavljači brizganja metala pokreću cikluse testiranja u ranoj fazi razvoja kako bi okarakterisali i kompenzirali ove efekte prije nego što uvedu alate.

Gdje HIP ima ekonomskog smisla

Dodatni trošak obrade znači da se HIP specificira tamo gdje zahtjevi za performanse to opravdavaju, a ne kao zadani korak. Vazdušne komponente-lopatice turbina, strukturni nosači,-kritični hardver-rutinski prolaze kroz HIP kao standardnu ​​praksu prema zahtjevima sistema kvaliteta AS9100. Medicinski implantati su slični; Regulatorni putevi za uređaje klase III u suštini nalažu materijal pune -gustine za sve što vidi ciklično opterećenje in vivo.

Automobilske aplikacije se šire kako elektrifikacija gura zahtjeve upravljanja toplinom. Jako-bakrene sabirnice sa jakom strujom i kućišta energetske elektronike sve više specificiraju HIP kako bi se osiguralo da toplotna provodljivost zadovoljava projektovane ciljeve. Precizni zupčanici za električne pogone imaju koristi od poboljšanih performansi zamora. Nekoliko dobavljača komponenti za brizganje metala koji su izlagali na nedavnim sajmovima Chinaplasa istakli su HIP{4}}obrađene dijelove za EV aplikacije kao područje rasta.

Za komercijalne MIM dijelove gdje pritisak troškova dominira, a zahtjevi za vlasništvom ostaju unutar -sinteriranih mogućnosti, HIP dodaje trošak bez srazmjerne koristi. Tehnologija pronalazi svoju ulogu u onom podskupu zahtjevnih aplikacija gdje puna gustina direktno omogućava performanse proizvoda-i gdje kupci prepoznaju da je integritet materijala na prvom mjestu.