HIP tehnologija datira iz rada u Battelleovom laboratoriju Columbus 1950-ih. Izvorna primjena bila je lijepljenje cirkonijeve obloge s uranovim gorivim elementima za prve reaktore s vodom pod tlakom-što je bio problem koji je proizveo široko korisnu proizvodnu tehniku. Crucible Steel i Kennametal preuzeli su tehnologiju 1960-ih za primjenu u metalurgiji praha, a postupno je postala standardna praksa za kritične odljevke u zrakoplovstvu kroz 1970-e i 1980-e. Fizika se od tada nije puno promijenila, čak iako je oprema postala znatno veća i brža.

Osnove procesa

Koncept je dovoljno jednostavan. Dijelovi stoje u posudi pod tlakom dok plin argon (ponekad dušik, ali argonov veći atomski radijus radi bolje) stvara tlak negdje između 100 i 200 MPa na povišenoj temperaturi. Za željezne MIM legure, to obično znači 1065 stupnjeva ili tako nešto; kobalt-krom postaje topliji oko 1220 stupnjeva; legure titana obrađuju niže blizu 900 stupnjeva. Vrijeme zadržavanja je 2 do 4 sata, ovisno o debljini presjeka i materijalu.

Tri stvari se događaju istovremeno u tim uvjetima. Plastična deformacija urušava šupljine jer granica razvlačenja opada s temperaturom dok vanjski tlak ostaje konstantan. Puzanje nastavlja zgušnjavanje dok se kretanje dislokacije prilagođava promjeni volumena. A atomska difuzija preko urušenih praznih površina stvara stvarne metalurške veze-ovaj zadnji mehanizam je ono što razlikuje HIP od jednostavnog vrućeg prešanja i osigurava da se poroznost ponovno ne otvori.

Učinci mehaničkih svojstava

Poboljšanja nekretnina od HIP-a poprilično se razlikuju prema onome što mjerite. Vlačna čvrstoća i tvrdoća skromno rastu-ništa što samo po sebi opravdava dodatni trošak. Stvarni dobici pokazuju se u svojstvima osjetljivim na unutarnje nedostatke.

Podaci o udarnoj žilavosti nehrđajućeg čelika 17-4PH ilustriraju to. Korištenjem prethodno-legirane praškaste sirovine, Charpy vrijednosti su se kretale od oko 5,4 džula -sinterovanih do 9,5 džula nakon HIP-a. Rute glavnih legura pokazale su još veće skokove: 6,8 džula do preko 20 džula u nekim studijama. To je razlika između krhkog načina sloma i duktilnog za mnoge primjene. Poboljšanja vijeka trajanja uslijed zamora slijede slične obrasce-eliminacija unutarnjih koncentratora naprezanja produžuje cikluse do kvara za faktore od 5 do 10 u ispitivanju zamora s visokim ciklusima.

Za materijale-klase implantata brojevi duktilnosti su najvažniji. Kobalt-kromu prema ASTM F75 potrebne su vrijednosti istezanja oko 20% kako bi se zadovoljile specifikacije kirurških implantata, što kao -sinterirani MIM obično ne može postići. HIP obrada zatvara taj jaz. Ti-6Al-4V po F2885 pokazuje da se granica razvlačenja zapravo povećava s otprilike 870 MPa na 960 MPa nakon HIP-a, dok zadržava istezanje koje je kontraintuitivno dok se ne sjetite da poroznost negativno utječe na oba svojstva.

Jedna praktična prednost koja se ne pojavljuje u tablicama svojstava materijala: dosljednost serije-za-seriju se značajno poboljšava. Gradijent temperature u peći za sinteriranje stvara varijacije gustoće preko opterećenja-dijelovi u blizini grijaćih elemenata zgušnjavaju se drugačije od dijelova u središtu. Nakon HIP-a, sve konvergira prema teoretskoj gustoći bez obzira na početnu točku. Za proizvođače brizganog metala koji vode statističku kontrolu procesa, ova stroža distribucija često je važna jednako kao i apsolutna imovinska dobit.

Stvarnosti produkcije

Većina pružatelja usluga brizganja metala povjerava HIP-u specijalnim prerađivačima radije nego da tu sposobnost u -domaći. Oprema je skupa, stope iskorištenja za jednu operaciju MIM-a rijetko opravdavaju namjenski kapacitet, a operativna stručnost ne preklapa se mnogo s ključnim kompetencijama sinteriranja i kalupljenja. Bodycote, Quintus i nekolicina drugih ugovornih procesora obrađuju većinu komercijalnog volumena.

Ekonomija ciklusa uvelike ovisi o učinkovitosti utovara. Proizvodna HIP posuda može imati vruću zonu promjera 1,5 metara i visine 3 metra-znatan volumen koji treba produktivno napuniti s obzirom na vrijeme ciklusa od 4 do 8 sati. Mali MIM dijelovi mogu se gusto učvrstiti; veće komponente sa složenom geometrijom teže je učinkovito pakirati. Ugovorne cijene to odražavaju, pri čemu troškovi po-dijelu značajno padaju pri većim količinama.

 

Kontaminacija površine ponavljajuća je glavobolja pri korištenju servisnih centara za više-legura. Objekti koji obrađuju superlegure nikla, alatne čelike i titan putem iste opreme neizbježno ostavljaju tragove naslaga koji se mogu prenijeti na površine MIM dijelova. Spojevi kroma i silicija pokazuju se kao zelene ili smeđe boje. Obično je površinski i može se ukloniti laganim brušenjem ili kemijskim čišćenjem, ali vrijedi razgovarati s procesorom unaprijed za kozmetičke ili biokompatibilne-kritične primjene. Neki prilagođeni OEM programi za MIM dijelove određuju namjenske HIP cikluse kako bi se u potpunosti izbjegla unakrsna-kontaminacija.

Promjene dimenzija tijekom HIP-a zahtijevaju pozornost tijekom projektiranja dijela. Zatvaranje poroznosti uzrokuje ravnomjerno skupljanje proporcionalno povećanju gustoće-koje je jednostavno predvidjeti i kompenzirati. Problematičniji su gradijenti gustoće naslijeđeni od injekcijskog prešanja. Veća gustoća pakiranja u blizini vrata naspram tanjih dijelova dalje stvara različito skupljanje tijekom HIP-a koje može iskriviti složene geometrije. Iskusni dobavljači za brizganje metala pokreću testne cikluse rano u razvoju kako bi okarakterizirali i kompenzirali te učinke prije nego što počnu raditi s alatom.

Gdje HIP ima ekonomskog smisla

Dodatni trošak obrade znači da se HIP specificira tamo gdje to opravdavaju zahtjevi performansi, a ne kao zadani korak. Zrakoplovne komponente-turbinske lopatice, strukturni nosači,-kritični hardver-rutinski prolaze kroz HIP kao standardnu ​​praksu prema zahtjevima sustava kvalitete AS9100. Medicinski implantati su slični; regulatorni putovi za uređaje klase III u biti nalažu materijal pune-gustoće za sve što ima cikličko opterećenje in vivo.

Primjene u automobilima se šire kako elektrifikacija postavlja zahtjeve za upravljanje toplinom. Visok{1}}bakrene sabirnice i kućišta energetske elektronike sve više specificiraju HIP kako bi se osiguralo da toplinska vodljivost ispunjava projektirane ciljeve. Precizni zupčanici za električne pogonske sklopove imaju koristi od poboljšanih performansi zamora. Nekoliko dobavljača komponenti za brizganje metala koji su izlagali na nedavnim izložbama Chinaplas istaknuli su HIP-obrađene dijelove za primjene u električnim vozilima kao područje rasta.

Za komercijalne MIM dijelove gdje dominira pritisak na troškove, a zahtjevi za imovinom ostaju unutar-sinteriranih mogućnosti, HIP dodaje troškove bez odgovarajuće koristi. Tehnologija pronalazi svoju ulogu u onom podskupu zahtjevnih aplikacija gdje puna gustoća izravno omogućuje izvedbu proizvoda-i gdje kupci prepoznaju da cjelovitost materijala zahtijeva premiju.